Қатынау желілері
5
6
7
8
Аңдатпа
Берілген дипломдық жобада М2М машинааралық өзара әсерлесу желісі
мен LTE желісінің тұтынушыға ақпарат таратудағы біріккен қолданылуы
қарастырылады. Дипломдық жобаның мақсаты - М2М желілерін құру кезінде
LTE желілерінің қолданылуын талдау.
Талдау жүргізу кезінде пайдаланушы талап еткен ақпаратпен қамтамасыз
ететін моделді құруға негіз болған LTE байланыс желісінің толық техникалық
көрсеткіштеріне талдау жүргізіледі. Сонымен қоса, иілгіш М2М трафигі бар
LTE желісінің сотасы зерттеледі.
Келесі
бөлімдерде
жобаның
қаржылық,
уақыттық
және еңбек
шығындарын көрсететін экономикалық құраушыларына есеп жүргізіледі және
өміртіршілік қауіпсіздігі мәселелері қарастырылады.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассматривается совместное использование
сетей межмашинного взаимодействия М2М и LTE при передаче информации
пользователю. Целью дипломного проекта является анализ использования
сетей LTE при построении сетей М2М.
При анализе рассматриваются технические характеристики сети связи
LTE, на основе которой построена модель обеспечения пользователя
запрашиваемой информацией. А также производится анализ соты сети LTE с
эластичным трафиком типа М2М.
В следующих разделах
производится расчет экономическим
составляющим проекта, которые показывают расходы финансов, времени и
труда, а также рассматриваются вопросы безопасности жизнедеятельности.
9
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1 LTE және М2М желілерінің сипаттамалары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
1.1 LTE желісінің құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
1.2 LTЕ технологиясының негізгі көрсеткіштері ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ...
1.3 LTE желісінің радиоинтерфейсі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
1.4 LTE технологиясының радиожиіліктік спектрі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .18
1.5 Қазіргі таңдағы LTE инфрақұрылымы ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... . ...19
1.6 Машинааралық өзара әрекеттесу технологиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.7 М2М желілерінің құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.8 M2M технологиясының негізіндегі байланыс қызметтері ... ... ... ... ... ...
2 М2М технологиясы шарттарындағы LTE ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.1 М2М желілерін құру кезінде LTE желілерінің инфрақұрылымын
қолдану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ...
2.2 LTE желісінде М2М типті қосылысты жүзеге асыру принципі ... ... ... ...
2.3 Инфрақұрылымдық облыстардағыМ2М-шешімдер ... ... ... ... ... ... ...
2.4 LTE байланыс желісін құру сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .
37
41
3 М2М трафигі бар LTE ұяшығын талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... .43
3.1 Зерттеудің есебін құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...43
3.2 Желінің өткізу қабілетін және потенциалды абоненттер санын
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .43
3.3 Қамтуды талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
49
3.4 LTE желісінің максималды мүмкін болатын жоғалтуларын есептеу. 52
3.5 Қызмет көрсетудің ықтималды моделі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... . 58
4 Тіршілік қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..63
4.1 Еңбекті қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...63
4.2 Жұмыс орнын жарықтандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...65
4.3 Өміртіршілік қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
..75
4.4 Қоршаған ортаны қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ..79
5 Техника-экономикалық негіз ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
5.1 Жұмыстың мақсаты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.2 Жұмыстың орындалу бағдарламасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
5.3 Жасалынған жұмыстың бағасын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.4 Интеллектуалды еңбек бағасы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Қысқартылған сөздер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
А қосымшасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..97
Ә қосымшасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..98
Б қосымшасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 99
В қосымшасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
10
00 ... ... ... 7
... .15
... 21
22
24
...27
..27
..35
...
... .82
... ..82
... .83
... ..86
... .92
... 93
... 94
... 96
Кіріспе
Берілген дипломдық жобаның мақсаты - М2М желілерін құру кезінде
LTE желілерінің қолданылуын талдау.
Дипломдық жобаның бірінші бөлімі М2М желісін құру кезінде негіз
болып алынатын Long Term Evolution (LTE) желісінің және машинааралық
әрекеттесу желісінің сипаттамаларына арналған. Ал екінші бөлімінде М2М
желілерін құру кезінде LTE желілерінің қолданылуы сипатталады.
Дипломдық жобаның есептік бөлімінде
М2М технологиясы
шарттарындағы LTE желісінің сапа деңгейін бағалау үшін құрылған моделі
көрсетіледі және иілгіш М2М трафигі бар LTE желісінің сотасына талдау
жүргізіледі. Сонымен қатар, берілген жүйенің ықтималды сипаттамаларына
аналитикалық есептеу моделі құрылады және арнаның өткізу жолағының
минималды кеңдігіне әр түрлі шарттарда бұғатталу ықтималдылығына талдау
жүргізіледі.
UMTSHSPALTE үшінші және төртінші ұрпақты заманауи мобильді
байланыс желілерінің технологиялық мүмкіндіктерінің күрт дамуы және GSM
технологиясының жақсартылуы тұтынушылар тарапынан олардың қызмет
түрлеріне деген сұраныстарының көбеюіне алып келді. Және де
операторлардың назарын оған тектес нарықтарға аударып келеді. Бұндай
қызмет көрсету нарығына M2M нарығы айнала алады.
Машинааралық өзара әрекеттесу дегеніміз (M2M, Machine-to-Machine) -
машиналарға тек бір ғана бағытта немесе өзара бір-бірімен ақпарат алмасуға
мүмкіндік беретін технология.
M2M технологиясы адамның араласуын қажет етпейтін транспорттық
қондырғылар немесе басқару орталықтары арасындағы автоматты түрде
ақпарат алмасу түрінде көрінеді. Құрылғылар арасындағы байланыс сымсыз
жүйелер арқылы орнатылады.
M2M қосымшалары күнделікті өмірді жеңілдету және автоматтандыру
мақсатында жұмыс істейтін интеллектуалды жүйелерді дамытуға бағытталған.
LTE технологиясының негізіндегі M2M желілері қолданылатын облыстарға
тұрмыстық-коммуналды шаруашылық, банк жүйесі, адам денсаулығы күйінің
мониторингі, қауіпсіздік және бейнебақылау, автопаркты басқару және
қадағалау, жүйе автоматтандырылуы жатады.
11
1 LTE және М2М желілерінің сипаттамалары
1.1 LTE желісінің құрылымы
3GPP жобасының қатысушыларының алдында WiMAX (IEEE 802.16е
стандарты) мобильді байланыс желісі негізінде оған бәсекелес мобильді
байланыс желісінің технологиясын құру мәселесі тұрды. Осыдан кейін бұл
технология UMTS желісінің дамыған түрі OFDM технологиясының негізінде
ұйымдастырылып, LTE деп аталды. 3GPP жобасының желіге қойған негізгі
шарттары: желі құрылымын мүмкіндігінше максималды түрде қарапайым
қылдыру және UMTS желісіне тән желілік протоколдардың қайталанатын
қызметтерін жою болып табылады.
LTE технологиясының негізінде құрылған байланыс желісі 2 негізгі
бөліктерге бөлінеді: E-UTRAN радиоқатынау желісі және SAE (System
Architecture Evolution) базалық желісі (1.1-сурет).
MMESAE
MMESAE
SAE
(EPC)
eNodeB
X2
X2
X2
eNodeB
E-UTRAN
eNodeB
1.1-сурет. LTE желісі құрылымының негізгі құраушылары
E-UTRAN радиоқатынау желісінде трафикті тарату уақытында SAE
(System Architecture Evolution) желісінің жүйелік құрылымының дамуы
барысында жолыққан негізгі мәселелері жүзеге асқан. E-UTRAN желісінің
құрылымы 1.2-суретте көрсетілген. Ол EPC дестелік желінің ядросынан
(Evolved Packet Core), eNodeB базалық стансасының түйіндерінен, сонымен
қоса S1 және X2 интерфейстерінен тұрады .
12
1.2-сурет. E-UTRAN желісінің базалық құрылымы.
E-UTRAN радиоқатынау желісі техникалық спецификациялар қатарының
қарастырылуы бойынша тек eNB (evolved Node В) базалық стансаларынан
тұрады. eNB базалық стансалары E-UTRAN желісінің толық байланысты
элементі болып табылады және өзара бір-бірімен әрқайсысы әрқайсысымен
принципі бойынша Х2 интерфейсінің көмегімен байланысқан.
EPC шартты түрде абоненттік терминалдарға қызмет көрсететін қатынау
шлюздарынан тұрады және кейіннен S-GW (Serving Gateway) шлюзына
айналады. eNodeB арналық ресурсты тағайындайтын және дестелік трафикті
өңдейтін желіде бар болып келетін Node B және RNC контроллерлерінің
қызметтерін жинақтайды. E-UTRAN желісінде маршрутты сигнализация
желілерін және мәліметтерді таратуды заңдылықты түрде бөлу принципі
тағайындалған. S1 интерфейсті басқару жазықтығының протоколдар стегі
(SCTP - S Common Transport Protocol) мен тұтынушылық жазықтығындағы
протоколдар стегі (L2 деңгейіндегі туннельдік протокол) 1.3-суретте
көрсетілген. [1]
1.3-сурет. S1 интерфейсінің протоколдар стегі
Әр базалық станса дестелік коммутация принципі бойынша құрылған
13
SAE базалық стансасымен Sic интерфейсін орнатқан. SAE [3] базалық стансасы
кейде ЕРС желісі деп аталады (Evolved Packet Core). Ол станса MMEUPE [4, 7,
8] түйіндерінен тұрады, ал олар өз кезегінде ММЕ және UPE логикалық
элементтерінен құралған. ММЕ (Mobility Management Entity) логикалық
элементі абоненттік терминалдың мобильділігін басқару мәселесін шешумен
айналысады және E-UTRAN желісінің eNB базалық стансаларымен C-plane (Sl-
С интерфейсі) басқару жазықтығының протоколдары көмегімен өзара
әрекеттеседі. UPE (User Plane Entity) логикалық элементі U-plane тұтынушы
жазықтығының протоколдарына сәйкес тұтынушылардың мәліметтерінің
таратылуына жауап береді және eNB стансасымен S1-U интерфейсі арқылы
өзара әрекеттеседі.
1.4-сурет. SAE базалық стансасының құрылымы
S1 интерфейсінің арқасында базалық стансалар бірнеше MMEUPE
түйіндерімен байланысқан. Бұл жағдай желілік қорды мейлінше тиімдірек әрі
икемдірек пайдалануға мүмкіндік береді. Бұндай интерфейс Sl-flex интерфейсі
деп аталады.
1.4-суретте көрсетілген
SАE базалық стансасының құрылымын
ұйымдастырудың басты көздеген мақсаты болып барлығы IP арқылы
идеологиясы табылады. Сонымен қоса, LTE желісіне UTRAN және GERAN
желілері арқылы да, оған қоса Wi-Fi, WiMAX немесе сымды IP стандарттарын
қолданатын басқа желілер арқылы да қосылу мүмкіндігі бар.
1.5-суретте LТE технологиясының С-plane және U-plane ортасында
орналасқан S1 интерфейсінің протоколдар стегі көрсетілген.[7]
14
eNB
Inter Cell RRM
Connection Mobility Control
Radio Admission Control
eNB Measurement
Configuration&Provision
MME
Dynamic Resource Allocation
NAS Security
RRC
PDCP
Idle State Mobility Hading
RLC
SAE Bearer Control
MAC-уровень
SAE Gateway
Физ.денгей
E-UTRAN
S1
Mobility Anchoring
SAE (EPC)
1.5-сурет. LTE желісінің S1 интерфейсінің протоколдар стегі
LTE желісінде UMTS желісінен ерекшеленетін келесі функционалдық
өзгешеліктері бар:
− eNB базалық стансалары радиоқорды басқару қызметін (Radio Resource
Management, RRM): радиоарналарды басқару (Radio Bearer Control), қатынауды
басқару (Radio Admission Control), мобильділікпен басқару (Connection Mobility
Control), қорды динамикалық тағайындау (Dynamic Resource Allocation)
қызметтерін атқарады. E-UTRAN радиоқатынау желісінде eNB базалық
стансалары Node В базалық стансаларының және UMTS желісіндегі RNC
контроллерінің міндеттерін атқара отырып, радиоинтерфейс протоколдарын
басқарады;
− ММЕ мобильділікпен басқарудың желілік элементі eNB базалық
стансасына бағытталған шақыру хабарламаларын (paging) бөліп таратуға жауап
береді. ММЕ басқару жазықтығының протоколдарын басқарады: абоненттік
терминалдарға идентификаторлар тағайындау, желі қауіпсіздігін қамтамасыз
ету, абоненттердің хабарламаларының ақиқаттығын тексеру және роумингпен
басқару;
− UPE тұтынушы жазықтығының желілік элементі IP-протоколдардың
тақырыпшаларын сығу қызметін, мәліметтер ағынын шифрлеуін, тұтынушы
жазықтығының дестелер терминациясын, тұтынушы мобильділігін қамтамасыз
ету кезінде мәліметтердің дестелер коммутациясын жүзеге асырады. Одан
басқа, UPE тұтынушылық деңгейдің протоколдарымен басқарады, мысалы,
абоненттік терминалдың (АТ) ағымдағы статусын сақтап тұрады.
LTE желісіндегі басқару мәселелерінің ішіндегі маңыздыларының бірі -
15
радиоқорды максималды түрде тиімді пайдалану болып табылады. Берілген
мәселе келесі қызмет түрлерінің жиынтығы арқылы шешіледі: радиоқорды
басқару RRM (E-UTRAN желісінің радиоқорын басқару, радиоарнада
мәліметтерді тарату қызметімен басқару, мобильділікпен басқару, қатынаумен
басқару, қорды динамикалық бөлу) және радиоқорлармен басқару протоколы
RRC. Радиоқорлармен басқару қызметтеріне талаптарды TR 25.913 қояды.
E-UTRAN (Inter Cell RRM) желісінің радиоқорларын басқару соталар
тобының қорын басқаруды қамтамасыз етеді. Ондағы мақсаты - жиіліктік
спектрді тиімді пайдалану мүмкіндігін жоғарылату және абоненттік
терминалдар мен базалық стансалардың кедергілік өзара әрекеттесуін
минималдау, сонымен қатар мобильділікті қолдау.
Радиоарнада жіберу қызметін басқару (RB Control) E-UTRAN желісінің
eNB базалық стансасында жүзеге асқан және ол орнатуды, қолдауды және E-
UTRAN желісінде
тарату радиоарналарын көрсеткіштерден босатуды
ұйымдастырады. Негізгі мәселелері болып қызмет көрсету сапасының
параметрлері (QoS) еленген мәліметтерді таратудың барлық активті
сессияларын бақылау және басқару, қайта іске қосылған сессияларға қорды
бөлу болып табылады.
Мобильділікпен басқару (Connection Mobility Control) мобильді терминал
үшін қызмет көрсететін eNB базалық стансасын таңдауға, мобильді терминалға
қызмет көрсететін бір eNB базалық стансадан екіншісіне (хэндовер) көшуге
мүмкіндік береді. Қызмет көрсететін eNB базалық стансаны таңдау
RRC_CONNECTED күйіндегі жеке дара өлшеулері негізінде орнатылып және
келісілген мәндері бар өлшемдерді өзінің алған өлшемдерімен салыстырып,
талдау жасау негізінде мобильді терминал арқылы жүзеге асады. Хэндовер
мобильді терминалдың өлшемдерін талдау негізінде, сонымен қоса eNB
базалық стансаның өлшемдерін талдау негізінде жасаса да болады. Оған қоса,
көршілес және қызмет көрсетіп тұрған соталардың ағындағы енгізулері арқылы
және оператордың трафикті реттеу саясаты негізінде де іске асады.
1.6-сурет. Бақылау аймағы
16
1.6-суретте күту күйінде тұрған абоненттік терминалдың мобильділігін
басқару сұлбасы көрсетілген. Ол үшін бірнеше базалық стансалардың қызмет
көрсету аймағын қамтып тұратын аудан - бақылау аймағы (TA, Tracking Area)
түсінігін енгізген. Әр бақылау аймағымен оған ұқсас аналогтік идентификатор
байланысқан TAI (Tracking Area Identity). Абоненттік терминал АТ бір уақытта
бірден бірнеше басқару аймақтарында тіркелген болуы мүмкін, бұл жоғары
мобильділік шарттарында энергияны үнемдеуге мүмкіндік береді. Сол себепті,
орналасу орнын тұрақты түрде жаңартып отыру қажеттілігін жояды.
1.7-сурет. C-plane жазықтығының радиоқорды басқару протоколының
құрылымы
1.7-суретте келтірілген C-plane жазықтығының радиоқорды басқару
протоколы RRC келесі қызмет түрлерімен қамтамасыз етеді:
− қатынауы бар деңгей және қатынауы жоқ деңгей (сәйкесінше AS -
Access Stratum және NAS - Non-Access Stratum) протоколдар тобына жататын
протоколдарға сәйкес қызметтік ақпаратты тарату;
− мобильді терминалдың пейджингі; E-UTRAN желісі мен абоненттік
терминал арасында RRC-қосылысты орнату, қолдау және тоқтату;
− шифрлеу кілттерімен басқару; QoS көрсеткіштері белгіленген нүкте-
нүкте және нүкте-көп нүкте түрдегі радиоарнадағы (Radio Bearers)
мәліметтерді тарату қызметтерін орнату, қолдау және тоқтату;
− абоненттік терминалдардың мобильділігі. U-plane және С-Plane
жазықтықтарының дестелік мәліметтерінің ұқсастық протоколы (Packet Data
Convergence Protocol - PDCP) мәліметтер дестелерінде таратылатын пайдалы
ақпараттың көлемімен салыстырғанда қызметтік ақпараттың артығын жоюды
қамтамасыз етеді (сығу), сонымен қоса ақпаратты шифрлеу және дешифрлеу.
Радиоарнамен басқару протоколының (RLC) қызметтері:
− айнымалы ұзындықты анағұрлым жоғарғы деңгей протоколдарының
17
(Protocol Data Unit - PDU ) ақпараттар дестесін пайдалы жүктеменің (Packet
Unit - PU) кішірек блоктарына сегменттеу және біріктіру; PU блогының өлшемі
радиоарна ішіндегі ақпаратты тарату жылдамдығына сәйкес анықталады;
− QoS көрсеткіштеріне сәйкес қабылдауды растаумен және растамаумен
тұтынушының ақпаратын тарату; қателерді ақпарат дестелерін қайта тарату
тәсілімен түзеу (ARQ); қабылдауы расталған ақпаратты тарату кезінде PDU
дестелерін жеткізу ретін анағұрлым жоғарғы деңгейде сақтау;
− жоғарғы деңгейге тек бір рет қана жеткізілуі үшін PDU дестелерінің
қайталануын анықтау; ақпаратты тарату жылдамдығын басқару;
− дестелердің реттік нөмірлерін қадағалау.[9]
LTE желісін ұйымдастырудағы негізгі мақсат - ақпаратты тарату
жылдамдығын үлкейту, себебі қалған басқа мақсаттар осы мәселенің шешімінің
табылуынан ағып шығады. LTE желісін енгізу мобильді байланыстың жоғары
жылдамдықты жүйелерін құру мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Ол желілер
базалық стансадан тұтынушыға 300 Мбитс жылдамдықпен және кері бағытта
75 Мбитс дейінгі жылдамдықпен ақпаратты дестелік таратуға үйлесімделген.
LTE желісін құру әртүрлі жиіліктік диапазондарда (1.4 МГц-тен 20 МГц-ке
дейін), сонымен қоса әртүрлі бөлу технологиялары бойынша (FDD жиіліктік
және TDD уақыттық бөлу) қолданылуы мүмкін.
326,4 Мбитс дейін жылдамдықтарды енгізу үшін жоспарда антенна
көрсеткіштері 4x4 болатын MIMO технологиясын пайдалану көзделген. 2x2
антенна көрсеткіштерінде төменге бағытталған ең жоғарғы жылдамдықтар
172.8 Мбитс жетеді (20 МГц жиіліктік сызықта). "Жоғарыға бағытталған" 20
МГц әр сызыққа келетін ең максималды жылдамдық 86,4 Мбитс жетеді.
LTE базалық стансасының әсер ету радиусы әрқалай. Оптималды
жағдайда 5 км шамасында, бірақ антеннаны жеткілікті жағдайда көтеру
(қажеттілік болғанда 100 км-ге дейін жетуі мүмкін) қажет.
LTE протоколы тиімді жиіліктік спектрді пайдаланады, кеңейген
сыйымдылықпен және кішігірім дестелер үшін кідіріс мәні 5 мс-ке ғана жететін
кідірістің (latency) аз мәндерімен ерекшеленеді. Ақпаратты тарату
жылдамдығын үлкейту: ұсынылатын қызметтер сапасының ұлғаюына, жаңа
мультимедиалық қызметтердің, мысалы көп тұтынушылық онлайн-
ойындардың,бейнеконференциялардың, әлеуметтік желілердің, мониторинг
жүйелері мен М2М-нің таралу тездігіне септігін тигізеді. Тағы бір
артықшылығы болып - WCDMA-ға қарағанда (5 МГц жолағын талап ететін),
LTE желісі әр түрлі жиіліктік жолақтарда - 1,5 МГц-тен 20 МГц-ке дейін
жұмыс істей алады. LTE желісінің әрекет ету аймағында ұялы телефон арқылы
қоңырау немесе ақпаратты тарату сеансы техникалық түрде 3G (WCDMA),
GSMGPRSEDGE желілерінде немесе CDMA2000-да жоғалтусыз және үзіліссіз
таратылады.
LTE технологиясын енгізу операторларға жалпы шығындарды азайтуға,
желі эксплуатациясының бағасын қысқартуға, әртүрлі қызмет түрлері мен
технологияларды көрсету облысында өз мүмкіндіктерін кеңейтуге, ақпаратты
таратудың анағұрлым сапалы қызмет түрлерін көрсету арқылы табысты
18
ұлғайтуға мүмкіндік береді. Желі сонымен қатар MBSFN (Multicast Broadcast
Single Frequency Network) қолдайды, ол өз кезегінде мобильді теледидар секілді
жаңа қызмет түрлерін енгізуге мүмкіндік береді. Rel.8 стандарты 5 МГц
жолағын қолданатын әр сотада 200 іске қосылған активті тұтынушылардың бір
уақытта жұмысын қамтамасыз етуге қолайлы жағдай қарастырады.
1.2 LTЕ технологиясының негізгі көрсеткіштері
LTЕ технологиясының негізгі көрсеткіштері болып саналады:
− арна кеңдігі 20 МГц болатын қабылдаудың максималды жылдамдығы
326 Мбитс;
− арна кеңдігі 20 МГц болатын таратудың максималды жылдамдығының
мәні 86,4 Мбитс;
− TDD және FDD күйінде жұмыс істеу;
− арна кеңдігі 20 МГц-ке дейін әр түрлі қадаммен (1,4; 2,5; 5; 10; 15; 20
МГц) масштабталады;
− тұтынушы құрылғысы мен базалық станса арасында жауап қайтару
уақыты 10 мс-ке дейін және өшіп тұрған күйден активті күйге өту уақыты 100
мс-тен аз болады.
LTE ақпаратты дестелік тарату желісі болып табылады және IP
технологияларды және ІР желілерге тиесілі барлық мүмкіндіктерді пайдалануға
бағытталған. Сәйкестендірілген техникалық шарттар 3GPP мемлекет аралық
ұйымдастығымен жасалған және бекітілген.
LTE - CDMA (WCDMA) жүйесінен OFDMA жүйесіне өту, сонымен қатар
арналар коммутациясы бар жүйеден IP жүйесіне өту (дестелер коммутациясы).
LTE желісіне өту үшін абоненттерге арналған LTE3G желілерінде бір уақытта
жұмыс істей алатын арнайы құрылғылар қажет.
LTE технологиясы үлкен иімділігі бар эфирлік интерфейс ретінде
құрылған. Төменде LTE технологиясының басты көрсеткіштері қаралған:
− көп ретті қатынау технологиясы: тура арна (Downlink - DL) - OFDMA;
кері арна (Uplink - UL) - SC-FDMA;
− жұмыс істеп тұрған жиілік диапазоны: 450 МГц; 700 МГц; 800 МГц;
1800 МГц; 2,1 ГГц; 2,4-2,5 ГГц; 2,6-2,7 ГГц;
− биттік жылдамдығы: тура арна (DL) үшін 100-300 Мбитс; кері арна
(UL) үшін 50-172,8 Мбитс;
− радиоарнаның жолақ кеңдігі: 1,4-20 МГц;
− ұяшық радиусы: 5-30 км;
− ұяшық сыйымдылығы (қызмет көрсетілетін абоненттер саны): 5 МГц
жолағында 200 тұтынушыдан көп; 5 МГц-тен көп жолақтағы абоненттер саны
400-ден көп;
− мобильділік: орын ауыстыру жылдамдығы 250 кмсағ-на дейін;
− кідіріс мәні (latency): 5мс;
19
− спектралды тиімділігі: 5 битсекГц;
− қолданылатын модуляция түрі: тура арна (DL) үшін 64 QAM, QPSK, 16
QAM; кері арна (UL) үшін QPSK, 16 QAM;
− арнаның дуплексті бөлінуі: FDD, TDD [29].
1.3 LTE желісінің радиоинтерфейсі
LTE E-UTRAN желісінің радиоинтерфейсі арнаның дуплексті бөлінуінің
екі тәсілін де қолдайды: жиіліктік FDD және уақыттық TDD.
LTE желісінің қызмет көрсетілуі әр түрлі жолақ кеңдігіндегі жиіліктік
диапазондарда жүзеге асуы мүмкін. Төмен және жоғары бағытталған сигналдар
жұмыс істеп тұрған активті ресурсті блоктардың санына байланысты 1,4-тен 20
МГц-ке дейінгі жолақтарды ала алады. Төменгі және жоғарғы бағытта
ақпаратты тарату кадрларда ұйымдастырылған, олардың ұзақтығы 10 мс-қа тең.
Кадрлар одан да ұсағырақ уақыттық құрылымдарға - слоттарға бөлінеді.
FDD жиіліктік бөліну қалпындағы әр кадр 20 слоттарға бөлінеді, слоттар
0-ден 19-ға дейін нөмірленеді, олардың әрқайсысының ұзақтығы 0,5 мс. FDD
режимінде кадр шегіндегі уақыттық ресурс қарама-қарсы бағыттарда таратылу
үшін бірдей екі бөлікке бөлінген. FDD режиміндегі физикалық арналарында
қарама-қарсы бағыттарда міндетті дуплексті таратуы бар. TDD арнаның
дуплексті уақыттық бөлінуі бар режимде асинхронды табиғаты бар. TDD
режимінде ақпаратты тарату бір уақыт аралығында екі бағытта бірдей және бір
жиіліктік диапазонда жүзеге асады.
E-UTRAN желісінде төменгі бағыттағы жол радиоинтерфейсінің
ерекшелігі болып көп ретті қатынау технологиясын (OFDMA - ортогоналды
жиіліктік бөлінуі бар мультиплексирлеу) қолдануы саналады. OFDMA
технологиясын қолданудың басты мақсаттарының бірі болып сигналдың көп
сәулелі таралуынан пайда болған кедергілермен күрес табылады. Себебі,
OFDM-сигналы тез модульденетін кең жолақты сигнал ретінде емес, көптеген
баяу модульденетін тар жолақты сигналдар ретінде қарастырылады. OFDM
технологиясы көптеген тасушы жиіліктерден тұратын көп жиілікті сигналды
құруға негізделген. OFDM-сигналды құру кезінде ТиN ұзақтығы бар реттік
ақпараттық сигналдар ағыны блоктарға бөлінеді, ол N таңбалар санынан және
Ти - бір таңбаның ұзақтығынан тұрады. Реттік ақпараттық таңбалар блогы
параллельді таңбалар блогына айналады, онда әр ақпараттық таңбаға көп
жиіліктік сигналдың белгілі бір жиілігі сәйкес келеді.
E-UTRAN желісінің төменгі бағытындағы жолда модуляцияның келесі
түрлерін қолданады: QPSK, 16 QAM, 64 QAM. OFDMQAM-сигналды құру
кезінде дискретті кері тез Фурье түрлендіруі (КТФТ) қолданылады. LTE E-
UTRAN желісінің базалық стансасының қабылдағышында ОFDM-сигналды
құру сұлбасы 1.8-суретте көрсетілген.
Таңбааралық интерференциямен күрес ретінде циклдік префикстер ЦП
20
пайдаланылады. Ұзақтығы сәйкесінше 4,7 мкс және 16,7 мкс болатын қысқа
және ұзын префикстер қолданылады.
1.8-сурет. OFDM-сигнал құрылуының құрылымдық сұлбасы
E-UTRAN желісінің төмен бағытталған жолы үшін үш физикалық және
төрт транспорттық арналар айқындалған:
− PDCCH (Physical Downlink Control Channel) - төмен бағытталған
физикалық арнаны басқару;
− PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) - төмен бағытталған
жалпы физикалық транспорттық арна. Ол ақпарат пен мультимедианы жоғары
жылдамдықта тарату үшін арналған;
− ССРСН (Common Control Physical Channels) - жалпы физикалық
басқару арнасы, қызметтік ақпаратты таратады;
− ВСН (Broadcast Cannel) - транспорттық жариялау арнасы;
− РСН (Paging Cannel) - транспорттық шақыру арнасы (пейджинг
арнасы);
− DL-SCH (Downlink Shared Channel) - төмен бағытталған жолдың
жалпы транспорттық арнасы;
− MCH ( Multicast Channel) - топ ішінде транспорттық жариялау арнасы.
LTE E-UTRAN желісінің радиоинтерфейсінде жоғары бағытталған
жолда SC-FDMA технологиясы қолданылады. SC-FDMA (Single Carrier-
Frequency Division Multiple Access) - бір тасушыда ақпаратты жиіліктік
тарататын мультиплексирлеуі бар көп ретті қатынау. SC-FDMA
технологиясының көмегімен ақпаратты таратудың сұлбасы 1.9-суретте
көрсетілген.
E-UTRAN желісінің жоғары бағытталған жолының тұтынушыларының
өзара бір-біріне әсерлесуін тоқтату үшін циклдық префикстер, сонымен қатар
қабылдау құрылғыларында тиімді эквалайзерлер қолданылады. Абоненттер
арасында жиіліктік ресурсты бөлу ресурстық блоктар арқылы жүзеге асады, әр
21
блокқа 180 кГц жиілік жолағы сәйкес келеді. Ол 15 кГц болатын көршілес
тасушыларды бөлу кезінде 12 тасушыға тең.
1.9-сурет. SC-FDMA технологиясының көмегімен ақпаратты таратудың
сұлбасы
Максималды қол жетімді ресурстық блоктардың саны жүйеге мәні 20
МГц-ке дейін жете алатын жиіліктік диапазонды бөлгенге байланысты болады.
E-UTRAN желісінің жоғары бағытталған жолында үш физикалық және
екі транспорттық арналар қолданылады:
− PRACH (Physical Random Access Channel) - ерікті түрде қатынаудың
физикалық арнасы;
− PUCCH (Physical Uplink Control Channel) -
жоғары бағытталған
жолды басқарудың физикалық арнасы;
− PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) - жоғары бағытталған
жолдың физикалық бөлгіш транспорттық арнасы;
− RACH (Random Access Channel) - кездейсоқ қатынаудың транспорттық
арнасы;
− UL-SCH (Uplink Shared Channel) - жоғары бағытталған жолдың
біріктірілген арнасы [8].
1.4 LTE технологиясының радиожиіліктік спектрі
3GPP және ETSI серіктес жобаларының жұмыс топтары LTE үшін
техникалық спецификацияларды айқындайды. Бұл жұмыс топтары белгілеген
спецификацияларда LTE үшін FDD жиіліктік дуплекс режиміне арналған
радиожиіліктің он жеті жолағы және ТDD уақыттық дуплекс режиміне
арналған радиожиіліктің сегіз жолағы белгіленген және олар 1.1-кестеде
толығымен көрсетілген [8].
22
1.1-к е с т е . E-UTRAN радиоқатынау желісі үшін жиіліктер диапазоны
Кестеден көріп тұрғанымыздай, LTE желісін ұйымдастыруға арналған
жиіліктер диапазоны қазіргі уақытта басқа желілерімен қолданыс тауып қойған,
сол себепті желіні құру қиыншылық туғызып отыр.
1.5 Қазіргі таңдағы LTE инфрақұрылымы
Әлемдік телекоммуникациялық нарықтың сарапшылары қазіргі кезде
болып жатқан маңызды өзгерістерді тіркеп жатыр. Көзге түсетін трендтердің
бірі болып LTE инфрақұрылымының таралуы саналады. Жағымды болжамдар
23 Жұмыс
істейтін
диапазондар
нөмірі
Жиіліктер диапазоны, МГц
Дуплекс түрі
Жұмыс
істейтін
диапазондар
нөмірі
"Жоғары" бағытталған жол,
UL
"Төмен" бағытталған жол,
DL
FDD
1
1920-1980
2110-2170
FDD
2
1850-1910
1930-1990
FDD
3
1710-1785
1805-1880
FDD
4
1710-1755
2110-2155
FDD
5
824-849
869-894
FDD
6
830-840
875-885
FDD
7
2500-2570
2620-2690
FDD
8
880-915
925-960
FDD
9
1749,9-1784,9
1844,9-1879,9
FDD
10
1710-1770
2110-2170
FDD
11
1427,9-1452,9
1475-1500,9
FDD
12
698-716
728-746
FDD
13
777-787
746-756
FDD
14
788-798
758-768
FDD
17
704-716
734-746
FDD
18
815-830
860-875
FDD
19
830-845
875-890
FDD
33
1900-1920
TDD
34
2010-2025
TDD
35
1850-1910
TDD
36
1930-1990
TDD
37
1910-1930
TDD
38
2570-2620
TDD
39
1880-1920
TDD
40
2300-2400
TDD
бойынша, 2017 жылға дейін LTE желісінің әлемде таралу деңгейі 50%-ға жетеді
және 785 млн тұтынушыларды қамтиды. Ал 2012 жылы тұтынушылар саны 58
млн болған. Көшбасшы болып қазіргі таңда АҚШ саналады (31 млн тұтынушы)
және Оңтүстік-Шығыс Азияның дамыған мемлекеттері (мысалы, Оңтүстік
Корейде 16 млн).
Ұялы байланыспен жабдықтаушы жаһандық ассоциация жариялаған
ақпараттар бойынша (The Global mobile Suppliers Association, GSA), 2012 жылы
әлемде 97 коммерциялық LTE желілері ұйымдастырылған. Бұл 30 LTE желісі
жұмыс істеген 2011 жылғы көрсеткіштерден 3 есе асып түседі.
LTE желілерінің осыншама өсу қарқындылығы смартфондар мен
планшеттік дербес компьютер тұтынушыларының санының өсуінде және ол
тұтынушыларға ақпаратты таратудың аса жоғары жылдамдыққа деген
сұраныстың болуында шығар. Бағаның төмендеуі және сәйкесінше LTE-
құрылғылардың абоненттер санының ұлғаюына әкелді [21].
LTE желісінің Қазақстандағы дамуы туралы айтатын болсақ, онда
берілген технологияның нарықтық болашағының бар болуы әбден мүмкін.
Тағы да осы бір берілген жиіліктік диапазонның жағымды жағы болып төменгі
жиіліктерде анағұрлым кең ауқымға ие бола алуы және ғимарат ішінде тұрақты
байланыспен қамтамасыз етуі саналады. Бұл Қазақстан Республикасының
география шарттарында актуалды болып табылады. LTE технологиясына біздің
отандық ірі операторлар қызығушылықтарын білдіре бастады. Мысалы, ұялы
байланыстың көшбасшы операторы болып саналатын Kcell компаниясы LTE-ге
қатысты тесттік зерттеулерді Алматы қаласындағы басты кеңсесінде жүргізді.
Компания өкілдерінің айтуы бойынша, жүргізген тәжірибе нәтижесінде олар
ақпаратты таратудың 170 Мбит секундына дейінгі жылдамдыққа қол жеткізген.
Әлемдік мамандардың берген бағасы бойынша, HSPA (3G) және LTE (4G)
желілерін ұйымдастыру үшін кететін шығындар салыстырмалы түрде арзан.
Осыған байланысты, Қазақстанда берілген байланыс желісін ұйымдастыру
актуалды мәселе болып тұр.
АО АЛТЕЛ компаниясы ары қарай қамту аумағын кеңейтуге және LTE
(4G) ақпарат таратудың жаңа ұрпақ желісін Республиканың Ақтау, Ақтөбе,
Атырау, Қарағанды, Өскемен және Шымкент қалаларында коммерциялық
қолданысқа беруге деген жоспарларын хабарлады.
LTE (4G) мобильді желісі коммерциялық қолданысқа 2012 жылдың
желтоқсанында Астана және Алматы қалаларында берілді. 2013 жылдың IV
кварталы өткеннен кейін компания Алматы қала-серігінде: Есік, Қаскелен,
Қапшағай, Талғар, Шамалған және Алматы облысының 30 тұрғылықты
орындарында берілген желіні кеңейту туралы жоспарын мәлімдеді.
Мемлекеттік жобалар шеңберінде LTE технологиясы жоғарғы және орта
оқу орындарында электронды білім беру жүйесін енгізуге, денсаулық сақтау
мекемелерінде арнайы жобалар ұйымдастыруға, транспорт және логистика
салаларын дамытуға зор мүмкіндіктер бере алады. Бұл өз кезегінде Қазақстан
тұрғындарының денсаулығын және өмір сүру деңгейін жаңа сатыға көтереді
[20].
24
1.6 Машинааралық өзара әрекеттесу технологиясы
М2М технологиясының даму тарихы. Адамзат бүкіл өзінің тарихы бойы
өмірін жеңілдету мақсатында жаңа қондырғыларды ойлап тапты. Қазіргі таңда
біздің айналамызда неше түрлі құрылғылар бар - үйде: кеңселік техника, күзет
және қауіпсіздіктің мүмкін болатын неше түрлі жүйелері; өндірістік және
жартылай өндірістік қондырғылар: өлшеу аспаптары, қатынау жүйелері, өлшеу
және қадағалау жүйелері. Олардың көбісі тұрақты қадағалауды, бақылауды,
белгілі бір көрсеткіштерді орнатуды немесе мәліметтердің жинақтауын,
өлшеулердің нәтижелерін қажет етеді. Сонымен қоса, кездесетін жағдайлардың
көпшілігінде бұндай құрылғыны басқару үшін және одан ақпарат алу үшін
ақпаратты немесе сигналды таратумен қамтамасыздандыру қажет. Жансыз
тұтынушылардың байланыс тәсілі арқылы ақпараттық өзара әрекеттесу М2М
(Machine to Machine - машинадан машинаға) технологиясы деп аталады.
Жансыз тұтынушыларға адам өз қолымен жасап шығарған кез келген
құрылғыларды жатқызуға болады.
Инженерлік тұрғыда қарағанда, барлық байланыс тәсілдері машина
болып табылады. Бірақ олардың бір бөлігі жанды нысандар арасындағы
коммуникацияны жеңілдету мақсатында жасалған және сол себепті адам-
машиналық интерфейспен жабдықталған, ал басқа бөлігі тек бір-бірімен ғана
өздерінің телематикалық тілдерінде әрекеттеседі. Осы соңғы жағдайда біз
неліктен М2М құрылғылар деген атау қалыптасқанын түсінеміз. M2M деп біз
телеметрикалық ақпараттарды дәстүрлі желілік емес құрылғылар арасында
таратуды айтамыз. Дәстүрлі желілік емес құрылғыларға желдеткіштер,
қауіпсіздік жүйелері, лифт және тағы басқалары жатады.
Машинааралық өзара әрекеттесу - машиналарға бір-бірімен немесе тек
бір бағытта ақпарат алмасуға мүмкіндік беретін технологиялардың жалпы
атауы. Мысалы, банкоматтар немесе төлем терминалдары ақпаратты автоматты
түрде GSM-желілері арқылы тарата алады, сонымен қоса егер оларда чек
қағазы, ақша таусылып қалса немесе керісінше, қаражат тым көп болса
инкассаторларды шақыра алады.
Мобильді машинааралық өзара әрекеттесуді алғашқылардың бірі болып
ұйымдастырған
OmniTRACS саналады. OmniTRACS
-
1989 жылы
коммерциялық көлікті қадағалау үшін жасалған Qualcomm-ның шешімі. ABI
Research ақпараты бойынша, қазіргі таңда Азия бойынша мобильді
машинааралық өзара әрекеттесуді қамтамасыз етіп отыратын негізгі
операторлары болып саналатындары: Жапонияда NTT DoCoMo, Корейде Korea
Telecom және Қытайда China Mobile. Еуропада аса ірі операторлар болып
Испаниядағы Telefonica, Telenor (Скандинавия), Orange Business Services
(France Telecom-ға кіреді) және Vodafone табылады.
UMTSHSPALTE үшінші және төртінші ұрпақты заманауи мобильді
байланыс желілерінің технологиялық мүмкіндіктерінің күрт дамуы және GSM
(Evolved EDGE) технологиясының жақсартылуы тұтынушылар тарапынан
25
олардың қызмет түрлеріне деген сұраныстарының көбеюіне алып келді. Және
де операторлардың назарын оған тектес нарықтарға да аударып келеді. Бұндай
қызмет көрсету нарығына M2M нарығы айнала алады.
М2М құрылғыларында (бейнекамераларда, музыкалық ойнатқыштарда
және басқа да тұрмыстық электроника құрылғыларында) орын ауыстырмайтын,
құрылғы ішіне енгізіліп жасалған SIM-карталар түрінде инновациялық
шешімдер пайда болды. Операторларға М2М желілерін құру арқылы
қолданылатын құрылғылар аясы да кеңейеді, мысалы, тұрмыстық электроника
және e-Health мобильді желілеріндегі медициналық құрылғылар.
M2M қызмет түрлерін көрсету және оларды басқару үшін
арнайыландырылған, M2M қызмет көрсету сервис-провайдерлерімен жасалған
М2М базалық желілері қолданылуы мүмкін. Сонымен қоса, қазіргі таңда
қолданылып жүрген IMS платформасының негізіндегі EDGEHSPALTE
мобильді желілерінің қызметтерді басқару инфрақұрылымы да пайдаланыла
алады.
1.7 М2М желілерінің құрылымы
М2М желілерінің құрылымының негізгі элементтері үш доменге
бөлінген: М2М құрылғылар домені (капиллярлі желі домені), желілік домен
(М2М желісінің базалық ядросы) және қосымша домені (1.10-суретте
көрсетілген).
1.10-сурет. М2М желілерінің құрылымы
1.10-суретте көрсетілгендей, M2M құрылғылары M2M қызмет түрлері
мен домендік желінің функцияларымен тез уақыт аралығында пайдалануға
26
мүмкіндік береді. М2М құрылғылары қатынау желісімен не тура, не М2М
жергілікті желі және М2М шлюзы арқылы байланыса алады.
M2M жергілікті желілері М2М құрылғылары және М2М шлюздары
арасында қосылысты PAN-технологиясы (IEEE 802.15, SRD, UWB, Zigbee,
Bluetooth) немесе (PLC, M-BUS, Wireless M-BUS) жергілікті желілері көмегімен
ұйымдастырады.
M2M шлюздары M2M құрылғыларын кепілденген желіаралық өзара
әрекеттестікпен және желі мен қолданбалы домендерге қосылумен қамтамасыз
етеді. M2M шлюздары M2M құрылғыларының әртүрлі қосымшалары үшін
пайдаланыла алады. Функционалды түрде M2M шлюзы құрылғымен бірге бір
модульде немесе М2М құрылғыларының тобымен біріктіріле алады.
Қатынау желілері
М2М құрылғылар доменіне М2М желі ядросымен
(базалық желі) қосылысты қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. M2M қатынау
желілерінің функционалды мүмкіндіктері қазіргі кезде қолданылып жүрген
қатынау желілерінің (xDSL, HFC, PLC, VSAT, GERAN, UTRAN, LTE, W-LAN
және WiMAX) мүмкіндіктеріне негізделеді және қызмет көрсету аясын
кеңейтуге қолайлы жағдайлар туғызады.
Транспорттық желі желілік домен мен қосымша домені арасында
ақпараттың таратылуын қамтамасыз етеді. M2M желілеріндегі функционалды
транспорттық мүмкіндіктер бар болып табылатын транспорттық желі негізіне
сүйенеді.
М2М базалық желісі М2М желісінің элементтерінің ІР - қосылуының,
қызмет көрсету және желілік басқару қызметтерінің, желіаралық өзара
әрекеттестігінің,
роумингтің және желі қауіпсіздігінің функционалдық
мүмкіндіктерін қамтамасыз етеді. M2M базалық желісінің функционалдық
мүмкіндіктері 3GPP CN (мысалы, GPRS, EPC), ETSI TISPAN CN базалық
желілерінің функционалдық мүмкіндіктеріне негізделеді.
М2М желісінің функционалдық модулдеріне сәйкестендіріліп жүзеге
асатын M2M базалық желісінің негізгі функционалдық мүмкіндіктері (Service
Capability, SC) құрамына кіреді [3]:
− қосымшалардың мүмкіндіктерін басқару - Application Enablement
(xAE);
− желіде жалпы өзара әрекеттестікпен қамтамасыздандыру - Generic
Communication (xGC);
− құрылғышлюздердің қолжетімділігін, ақпараттардың адресациясы мен
сақталуын қамтамасыз ету - Reachability, Addressing and Repository (xRAR);
− өзара байланысты таңдау - Communication Selection (xCS);
− құрылғыларды алыстан басқару - Remote Entity Management (xREM);
− қауіпсіздікті қамтамасыз ету - SECurity (xSEC);
− ақпараттардың сақталуы - History and Data Retention (xHDR);
− келген тапсырысты өңдеуді басқару - Transaction Management (xTM);
− компенсациямен басқару - Compensation Broker (xCB);
− байланыс операторларына базалық желіні экспозициялау - Telco
Operator Exposure (xTOE);
27
− сенімді желілік өзара әрекет - Interworking Proxy (xIP), мұндағы х -
М2М желісінде осы қызметтердің қосымша нүктесін білдіретін және мән
қабылдайтын айнымалы:
− N - М2М құрылғылары мен шлюздармен байланысқан М2М базалық
желісінің инфрақұрылымы бар желілер үшін;
− G - М2М базалық желісімен байланыстырылған және М2М жергілікті
желісіндегі М2М құрылғыларын тура басқаратын шлюздер үшін;
− D - М2М базалық желілеріне немесе М2М шлюздарына бірден тура
байланыса алатын М2М құрылғылары үшін арналған.
M2M базалық желісінің функционалдық мүмкіндіктері М2М
қосымшаларын қолдайтын арнайы да, сонымен қоса жалпы желілік
мүмкіндіктерді: ақпаратты жинау мен агрегациялау, көп адресті
хабарламаларды жеткізу секілді мүмкіндіктерді қолдайтын жалпы да бола
алады [30].
1.8 M2M технологиясының негізіндегі байланыс қызметтері
M2M өзара әрекеттілік адамның араласуын қажет етпейтін транспорттық
қондырғылар немесе басқару орталықтары секілді құрылғылар арасындағы
автоматты түрде ақпарат алмасу түрінде көрінеді. Құрылғылар арасындағы
байланыс сымды немесе сымсыз жүйелер арқылы орнатылады.
M2M технологиясын қолданылуының мысалы ретінде мобильді
интеллектуалды өлшеу құралдары, енгізілген процессорлар мен алыстатылған
сервермен байланыс орнатуға арналған немесе өлшеулер жүргізуге, адам
қатысынсыз кейбір физикалық құбылыстардың мониторингін жүргізуге
мүмкіндік беретін мобильді құрылғылар көрсетіле алады. Бұл жағдайда адам
тек ақпаратты жинайды.
M2M қосымшалар күнделікті өмірді жеңілдету және автоматтандыру
мақсатында жұмыс істейтін интеллектуалды жүйелерді дамытуға бағытталған.
Берілген технология көбінесе жиі қолданылатын облыстар болып навигация,
адам денсаулығы күйінің мониторингі, қауіпсіздік және бейнебақылау,
автопаркты басқару, сату нүктелерінің мониторингі, жүйелердің
автоматтандырылуы, активтерді басқару табылады.
M2M қосымшаларында белгіленген техникалық талаптар жиынтығы бар.
Оларға: мобильділік, ақпаратты тарату жылдамдығы, құрылғылар мен
серверлер арасында сигналдар мен хабарламалар алмасу тиімділігі жатады.
Мобильді байланыс операторлары қамту деңгейі жоғары желілерін
ұйымдастыруды жүзеге асырды. Соның есесінен, алыстатылған құрылғылар
мен M2M қосымшаларының серверлері арасында ақпаратты таратуға қажет
талаптарды қанағаттандыра алды.
M2M операторлардың қосымша табыс көздерін айқындады: M2M
қосымшалар өз табиғаты бойынша (құрылғылар және қызмет) мобильді
28
операторлар үшін абоненттерге дауыстық қызмет көрсетуден кейін орналасқан
екінші табысты облыс болып табылады. М2М-нің қызмет көрсету аясы 1.11-
суретте көрсетілген.
1.11-сурет. М2М-нің қызмет көрсету аясы
Көптеген қазіргі заманауи құрылғылар мен машиналар бағдарламалау,
қадағалау және техникалық қызмет көрсету үшін жергілікті желі
интерфейстерімен жабдықталған. Көбінесе мұндай қондырғылар жалпы
корпоративтік желіге кабель жүргізу тым ауыр немесе мүлде мүмкін емес
жерлерге орнатылады. Мысалы, фотовольтаикалық жүйелер және жел-
энергетикалық қондырғылар пайдаланылатын энергетикалық секторда LTE
маршрутизаторларын қадағалау мен басқару мақсатында, ал IP-камераларын
қондырғыларды вандализм мен ұрлықтан сақтау мақсатында қолдана алады.
Қаржылық қызмет түрлерін көрсететін кәсіпкерлер өздерінің актуалды
тенденциялардың ізімен жүретін тұтынушыларынан қалыспай, жаңа жұмыс
модельдерін құрумен айналасуда. Бұл анағұрлым күрделі әрі икемді банктік
инфрақұрылымдардың пайда болуына алып келе жатыр. LTE технологиясы
дебеттік немесе кредиттік банк карточкалары арқылы тура төлемдер жасауға
мүмкіндік береді. Тіпті кішігірім нарықта сатушы картаны беріп тұрған
адамның карточкасында қажет сомма бар ма, жоқ па екенін білу үшін LTE-VPN
маршрутизаторын пайдалана алады.
Тағы бір мысал: қысқа уақыт аралығында потенциалды сатып алушылар
саны көп болатын концерт немесе спорттық мерекелер секілді үлкен ауқымды
мерекелерде банктер өздерінің қозғалмалы банкоматтарын орната алады. Бұл
29
қозғалмалы банкоматтарында орнатылған LTE-VPN маршрутизаторлары
банктік карта туралы ақпаратты тексеру үшін орталық кеңсемен байланыс
орнату мақсатында қолданылады. Осындай арнайы мәселелерді орындаудан
бөлек, LTE маршрутизаторлары интернетке резервті қосылысты орнату
мақсатында банк бөлімшелері үшін де пайдалы болмақ.
M2M-шешімдерді енгізудің артықшылықтары:
− корпоративті абоненттердің бизнес - қажеттіліктерін қанағаттандыру
арқылы абоненттердің ниеттестілігін жоғарылату;
− лицензияның бағасын төмендету арқылы шығындарды азайту
(құрылғыларға кететін шығын, биллинг);
− корпоративті абоненттерге қосымша қызмет түрлерін көрсету арқылы
қосалқы табыс алу;
− ARPU қажетті деңгейін SIM-картаға тіркеу (фиксациялау);
− серіктестер иерархиясы бар жұмыстарды қолдау (дилерлер,
реселлерлер, контент-провайдерлер, қосымша жасаушылар);
− әлемнің кез келген нүктесінен нақты уақыт режимінде абоненттердің
қызмет түрлерін пайдалануын қадағалау;
− бизнес-үрдістер мен қызмет көрсетудің басты техникалық
көрсеткіштеріне үздіксіз бақылау орнату мүмкіндігі.
М2М желілерінің әлемде және Қазақстанда дамуы. М2М-қызмет
түрлерінің дамуы бірнеше жылдардан кейін әр түрлі М2М құрылғылардың тек
мобильді ғана емес, сонымен қатар М2М стандартталған платформаларына
және LTE3GPP қатынау желілеріне біріккен М2М желілеріне бірігуіне алып
келеді.
М2М технологиясының таралу ауқымдылығына қарасақ, көшбасшы
орынды АҚШ алып отыр. Тек 2011 жылдың нәтижелері бойынша АҚШ-тағы
M2M-қосылыстардың саны 26,8 миллионды құрады. Екінші орында 20 миллион
қосылыстары бар Қытай тұр. Ал қалған мемлекеттерде М2М-қосылыстар саны
6 миллионнан аспады.
Қазақстандағы M2M нарығы енді ғана қалыптасып ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
6
7
8
Аңдатпа
Берілген дипломдық жобада М2М машинааралық өзара әсерлесу желісі
мен LTE желісінің тұтынушыға ақпарат таратудағы біріккен қолданылуы
қарастырылады. Дипломдық жобаның мақсаты - М2М желілерін құру кезінде
LTE желілерінің қолданылуын талдау.
Талдау жүргізу кезінде пайдаланушы талап еткен ақпаратпен қамтамасыз
ететін моделді құруға негіз болған LTE байланыс желісінің толық техникалық
көрсеткіштеріне талдау жүргізіледі. Сонымен қоса, иілгіш М2М трафигі бар
LTE желісінің сотасы зерттеледі.
Келесі
бөлімдерде
жобаның
қаржылық,
уақыттық
және еңбек
шығындарын көрсететін экономикалық құраушыларына есеп жүргізіледі және
өміртіршілік қауіпсіздігі мәселелері қарастырылады.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассматривается совместное использование
сетей межмашинного взаимодействия М2М и LTE при передаче информации
пользователю. Целью дипломного проекта является анализ использования
сетей LTE при построении сетей М2М.
При анализе рассматриваются технические характеристики сети связи
LTE, на основе которой построена модель обеспечения пользователя
запрашиваемой информацией. А также производится анализ соты сети LTE с
эластичным трафиком типа М2М.
В следующих разделах
производится расчет экономическим
составляющим проекта, которые показывают расходы финансов, времени и
труда, а также рассматриваются вопросы безопасности жизнедеятельности.
9
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1 LTE және М2М желілерінің сипаттамалары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
1.1 LTE желісінің құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
1.2 LTЕ технологиясының негізгі көрсеткіштері ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ...
1.3 LTE желісінің радиоинтерфейсі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
1.4 LTE технологиясының радиожиіліктік спектрі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .18
1.5 Қазіргі таңдағы LTE инфрақұрылымы ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... . ...19
1.6 Машинааралық өзара әрекеттесу технологиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.7 М2М желілерінің құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.8 M2M технологиясының негізіндегі байланыс қызметтері ... ... ... ... ... ...
2 М2М технологиясы шарттарындағы LTE ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.1 М2М желілерін құру кезінде LTE желілерінің инфрақұрылымын
қолдану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ...
2.2 LTE желісінде М2М типті қосылысты жүзеге асыру принципі ... ... ... ...
2.3 Инфрақұрылымдық облыстардағыМ2М-шешімдер ... ... ... ... ... ... ...
2.4 LTE байланыс желісін құру сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .
37
41
3 М2М трафигі бар LTE ұяшығын талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... .43
3.1 Зерттеудің есебін құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...43
3.2 Желінің өткізу қабілетін және потенциалды абоненттер санын
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .43
3.3 Қамтуды талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
49
3.4 LTE желісінің максималды мүмкін болатын жоғалтуларын есептеу. 52
3.5 Қызмет көрсетудің ықтималды моделі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... . 58
4 Тіршілік қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..63
4.1 Еңбекті қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...63
4.2 Жұмыс орнын жарықтандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...65
4.3 Өміртіршілік қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
..75
4.4 Қоршаған ортаны қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ..79
5 Техника-экономикалық негіз ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
5.1 Жұмыстың мақсаты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.2 Жұмыстың орындалу бағдарламасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
5.3 Жасалынған жұмыстың бағасын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.4 Интеллектуалды еңбек бағасы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Қысқартылған сөздер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
А қосымшасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..97
Ә қосымшасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..98
Б қосымшасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 99
В қосымшасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
10
00 ... ... ... 7
... .15
... 21
22
24
...27
..27
..35
...
... .82
... ..82
... .83
... ..86
... .92
... 93
... 94
... 96
Кіріспе
Берілген дипломдық жобаның мақсаты - М2М желілерін құру кезінде
LTE желілерінің қолданылуын талдау.
Дипломдық жобаның бірінші бөлімі М2М желісін құру кезінде негіз
болып алынатын Long Term Evolution (LTE) желісінің және машинааралық
әрекеттесу желісінің сипаттамаларына арналған. Ал екінші бөлімінде М2М
желілерін құру кезінде LTE желілерінің қолданылуы сипатталады.
Дипломдық жобаның есептік бөлімінде
М2М технологиясы
шарттарындағы LTE желісінің сапа деңгейін бағалау үшін құрылған моделі
көрсетіледі және иілгіш М2М трафигі бар LTE желісінің сотасына талдау
жүргізіледі. Сонымен қатар, берілген жүйенің ықтималды сипаттамаларына
аналитикалық есептеу моделі құрылады және арнаның өткізу жолағының
минималды кеңдігіне әр түрлі шарттарда бұғатталу ықтималдылығына талдау
жүргізіледі.
UMTSHSPALTE үшінші және төртінші ұрпақты заманауи мобильді
байланыс желілерінің технологиялық мүмкіндіктерінің күрт дамуы және GSM
технологиясының жақсартылуы тұтынушылар тарапынан олардың қызмет
түрлеріне деген сұраныстарының көбеюіне алып келді. Және де
операторлардың назарын оған тектес нарықтарға аударып келеді. Бұндай
қызмет көрсету нарығына M2M нарығы айнала алады.
Машинааралық өзара әрекеттесу дегеніміз (M2M, Machine-to-Machine) -
машиналарға тек бір ғана бағытта немесе өзара бір-бірімен ақпарат алмасуға
мүмкіндік беретін технология.
M2M технологиясы адамның араласуын қажет етпейтін транспорттық
қондырғылар немесе басқару орталықтары арасындағы автоматты түрде
ақпарат алмасу түрінде көрінеді. Құрылғылар арасындағы байланыс сымсыз
жүйелер арқылы орнатылады.
M2M қосымшалары күнделікті өмірді жеңілдету және автоматтандыру
мақсатында жұмыс істейтін интеллектуалды жүйелерді дамытуға бағытталған.
LTE технологиясының негізіндегі M2M желілері қолданылатын облыстарға
тұрмыстық-коммуналды шаруашылық, банк жүйесі, адам денсаулығы күйінің
мониторингі, қауіпсіздік және бейнебақылау, автопаркты басқару және
қадағалау, жүйе автоматтандырылуы жатады.
11
1 LTE және М2М желілерінің сипаттамалары
1.1 LTE желісінің құрылымы
3GPP жобасының қатысушыларының алдында WiMAX (IEEE 802.16е
стандарты) мобильді байланыс желісі негізінде оған бәсекелес мобильді
байланыс желісінің технологиясын құру мәселесі тұрды. Осыдан кейін бұл
технология UMTS желісінің дамыған түрі OFDM технологиясының негізінде
ұйымдастырылып, LTE деп аталды. 3GPP жобасының желіге қойған негізгі
шарттары: желі құрылымын мүмкіндігінше максималды түрде қарапайым
қылдыру және UMTS желісіне тән желілік протоколдардың қайталанатын
қызметтерін жою болып табылады.
LTE технологиясының негізінде құрылған байланыс желісі 2 негізгі
бөліктерге бөлінеді: E-UTRAN радиоқатынау желісі және SAE (System
Architecture Evolution) базалық желісі (1.1-сурет).
MMESAE
MMESAE
SAE
(EPC)
eNodeB
X2
X2
X2
eNodeB
E-UTRAN
eNodeB
1.1-сурет. LTE желісі құрылымының негізгі құраушылары
E-UTRAN радиоқатынау желісінде трафикті тарату уақытында SAE
(System Architecture Evolution) желісінің жүйелік құрылымының дамуы
барысында жолыққан негізгі мәселелері жүзеге асқан. E-UTRAN желісінің
құрылымы 1.2-суретте көрсетілген. Ол EPC дестелік желінің ядросынан
(Evolved Packet Core), eNodeB базалық стансасының түйіндерінен, сонымен
қоса S1 және X2 интерфейстерінен тұрады .
12
1.2-сурет. E-UTRAN желісінің базалық құрылымы.
E-UTRAN радиоқатынау желісі техникалық спецификациялар қатарының
қарастырылуы бойынша тек eNB (evolved Node В) базалық стансаларынан
тұрады. eNB базалық стансалары E-UTRAN желісінің толық байланысты
элементі болып табылады және өзара бір-бірімен әрқайсысы әрқайсысымен
принципі бойынша Х2 интерфейсінің көмегімен байланысқан.
EPC шартты түрде абоненттік терминалдарға қызмет көрсететін қатынау
шлюздарынан тұрады және кейіннен S-GW (Serving Gateway) шлюзына
айналады. eNodeB арналық ресурсты тағайындайтын және дестелік трафикті
өңдейтін желіде бар болып келетін Node B және RNC контроллерлерінің
қызметтерін жинақтайды. E-UTRAN желісінде маршрутты сигнализация
желілерін және мәліметтерді таратуды заңдылықты түрде бөлу принципі
тағайындалған. S1 интерфейсті басқару жазықтығының протоколдар стегі
(SCTP - S Common Transport Protocol) мен тұтынушылық жазықтығындағы
протоколдар стегі (L2 деңгейіндегі туннельдік протокол) 1.3-суретте
көрсетілген. [1]
1.3-сурет. S1 интерфейсінің протоколдар стегі
Әр базалық станса дестелік коммутация принципі бойынша құрылған
13
SAE базалық стансасымен Sic интерфейсін орнатқан. SAE [3] базалық стансасы
кейде ЕРС желісі деп аталады (Evolved Packet Core). Ол станса MMEUPE [4, 7,
8] түйіндерінен тұрады, ал олар өз кезегінде ММЕ және UPE логикалық
элементтерінен құралған. ММЕ (Mobility Management Entity) логикалық
элементі абоненттік терминалдың мобильділігін басқару мәселесін шешумен
айналысады және E-UTRAN желісінің eNB базалық стансаларымен C-plane (Sl-
С интерфейсі) басқару жазықтығының протоколдары көмегімен өзара
әрекеттеседі. UPE (User Plane Entity) логикалық элементі U-plane тұтынушы
жазықтығының протоколдарына сәйкес тұтынушылардың мәліметтерінің
таратылуына жауап береді және eNB стансасымен S1-U интерфейсі арқылы
өзара әрекеттеседі.
1.4-сурет. SAE базалық стансасының құрылымы
S1 интерфейсінің арқасында базалық стансалар бірнеше MMEUPE
түйіндерімен байланысқан. Бұл жағдай желілік қорды мейлінше тиімдірек әрі
икемдірек пайдалануға мүмкіндік береді. Бұндай интерфейс Sl-flex интерфейсі
деп аталады.
1.4-суретте көрсетілген
SАE базалық стансасының құрылымын
ұйымдастырудың басты көздеген мақсаты болып барлығы IP арқылы
идеологиясы табылады. Сонымен қоса, LTE желісіне UTRAN және GERAN
желілері арқылы да, оған қоса Wi-Fi, WiMAX немесе сымды IP стандарттарын
қолданатын басқа желілер арқылы да қосылу мүмкіндігі бар.
1.5-суретте LТE технологиясының С-plane және U-plane ортасында
орналасқан S1 интерфейсінің протоколдар стегі көрсетілген.[7]
14
eNB
Inter Cell RRM
Connection Mobility Control
Radio Admission Control
eNB Measurement
Configuration&Provision
MME
Dynamic Resource Allocation
NAS Security
RRC
PDCP
Idle State Mobility Hading
RLC
SAE Bearer Control
MAC-уровень
SAE Gateway
Физ.денгей
E-UTRAN
S1
Mobility Anchoring
SAE (EPC)
1.5-сурет. LTE желісінің S1 интерфейсінің протоколдар стегі
LTE желісінде UMTS желісінен ерекшеленетін келесі функционалдық
өзгешеліктері бар:
− eNB базалық стансалары радиоқорды басқару қызметін (Radio Resource
Management, RRM): радиоарналарды басқару (Radio Bearer Control), қатынауды
басқару (Radio Admission Control), мобильділікпен басқару (Connection Mobility
Control), қорды динамикалық тағайындау (Dynamic Resource Allocation)
қызметтерін атқарады. E-UTRAN радиоқатынау желісінде eNB базалық
стансалары Node В базалық стансаларының және UMTS желісіндегі RNC
контроллерінің міндеттерін атқара отырып, радиоинтерфейс протоколдарын
басқарады;
− ММЕ мобильділікпен басқарудың желілік элементі eNB базалық
стансасына бағытталған шақыру хабарламаларын (paging) бөліп таратуға жауап
береді. ММЕ басқару жазықтығының протоколдарын басқарады: абоненттік
терминалдарға идентификаторлар тағайындау, желі қауіпсіздігін қамтамасыз
ету, абоненттердің хабарламаларының ақиқаттығын тексеру және роумингпен
басқару;
− UPE тұтынушы жазықтығының желілік элементі IP-протоколдардың
тақырыпшаларын сығу қызметін, мәліметтер ағынын шифрлеуін, тұтынушы
жазықтығының дестелер терминациясын, тұтынушы мобильділігін қамтамасыз
ету кезінде мәліметтердің дестелер коммутациясын жүзеге асырады. Одан
басқа, UPE тұтынушылық деңгейдің протоколдарымен басқарады, мысалы,
абоненттік терминалдың (АТ) ағымдағы статусын сақтап тұрады.
LTE желісіндегі басқару мәселелерінің ішіндегі маңыздыларының бірі -
15
радиоқорды максималды түрде тиімді пайдалану болып табылады. Берілген
мәселе келесі қызмет түрлерінің жиынтығы арқылы шешіледі: радиоқорды
басқару RRM (E-UTRAN желісінің радиоқорын басқару, радиоарнада
мәліметтерді тарату қызметімен басқару, мобильділікпен басқару, қатынаумен
басқару, қорды динамикалық бөлу) және радиоқорлармен басқару протоколы
RRC. Радиоқорлармен басқару қызметтеріне талаптарды TR 25.913 қояды.
E-UTRAN (Inter Cell RRM) желісінің радиоқорларын басқару соталар
тобының қорын басқаруды қамтамасыз етеді. Ондағы мақсаты - жиіліктік
спектрді тиімді пайдалану мүмкіндігін жоғарылату және абоненттік
терминалдар мен базалық стансалардың кедергілік өзара әрекеттесуін
минималдау, сонымен қатар мобильділікті қолдау.
Радиоарнада жіберу қызметін басқару (RB Control) E-UTRAN желісінің
eNB базалық стансасында жүзеге асқан және ол орнатуды, қолдауды және E-
UTRAN желісінде
тарату радиоарналарын көрсеткіштерден босатуды
ұйымдастырады. Негізгі мәселелері болып қызмет көрсету сапасының
параметрлері (QoS) еленген мәліметтерді таратудың барлық активті
сессияларын бақылау және басқару, қайта іске қосылған сессияларға қорды
бөлу болып табылады.
Мобильділікпен басқару (Connection Mobility Control) мобильді терминал
үшін қызмет көрсететін eNB базалық стансасын таңдауға, мобильді терминалға
қызмет көрсететін бір eNB базалық стансадан екіншісіне (хэндовер) көшуге
мүмкіндік береді. Қызмет көрсететін eNB базалық стансаны таңдау
RRC_CONNECTED күйіндегі жеке дара өлшеулері негізінде орнатылып және
келісілген мәндері бар өлшемдерді өзінің алған өлшемдерімен салыстырып,
талдау жасау негізінде мобильді терминал арқылы жүзеге асады. Хэндовер
мобильді терминалдың өлшемдерін талдау негізінде, сонымен қоса eNB
базалық стансаның өлшемдерін талдау негізінде жасаса да болады. Оған қоса,
көршілес және қызмет көрсетіп тұрған соталардың ағындағы енгізулері арқылы
және оператордың трафикті реттеу саясаты негізінде де іске асады.
1.6-сурет. Бақылау аймағы
16
1.6-суретте күту күйінде тұрған абоненттік терминалдың мобильділігін
басқару сұлбасы көрсетілген. Ол үшін бірнеше базалық стансалардың қызмет
көрсету аймағын қамтып тұратын аудан - бақылау аймағы (TA, Tracking Area)
түсінігін енгізген. Әр бақылау аймағымен оған ұқсас аналогтік идентификатор
байланысқан TAI (Tracking Area Identity). Абоненттік терминал АТ бір уақытта
бірден бірнеше басқару аймақтарында тіркелген болуы мүмкін, бұл жоғары
мобильділік шарттарында энергияны үнемдеуге мүмкіндік береді. Сол себепті,
орналасу орнын тұрақты түрде жаңартып отыру қажеттілігін жояды.
1.7-сурет. C-plane жазықтығының радиоқорды басқару протоколының
құрылымы
1.7-суретте келтірілген C-plane жазықтығының радиоқорды басқару
протоколы RRC келесі қызмет түрлерімен қамтамасыз етеді:
− қатынауы бар деңгей және қатынауы жоқ деңгей (сәйкесінше AS -
Access Stratum және NAS - Non-Access Stratum) протоколдар тобына жататын
протоколдарға сәйкес қызметтік ақпаратты тарату;
− мобильді терминалдың пейджингі; E-UTRAN желісі мен абоненттік
терминал арасында RRC-қосылысты орнату, қолдау және тоқтату;
− шифрлеу кілттерімен басқару; QoS көрсеткіштері белгіленген нүкте-
нүкте және нүкте-көп нүкте түрдегі радиоарнадағы (Radio Bearers)
мәліметтерді тарату қызметтерін орнату, қолдау және тоқтату;
− абоненттік терминалдардың мобильділігі. U-plane және С-Plane
жазықтықтарының дестелік мәліметтерінің ұқсастық протоколы (Packet Data
Convergence Protocol - PDCP) мәліметтер дестелерінде таратылатын пайдалы
ақпараттың көлемімен салыстырғанда қызметтік ақпараттың артығын жоюды
қамтамасыз етеді (сығу), сонымен қоса ақпаратты шифрлеу және дешифрлеу.
Радиоарнамен басқару протоколының (RLC) қызметтері:
− айнымалы ұзындықты анағұрлым жоғарғы деңгей протоколдарының
17
(Protocol Data Unit - PDU ) ақпараттар дестесін пайдалы жүктеменің (Packet
Unit - PU) кішірек блоктарына сегменттеу және біріктіру; PU блогының өлшемі
радиоарна ішіндегі ақпаратты тарату жылдамдығына сәйкес анықталады;
− QoS көрсеткіштеріне сәйкес қабылдауды растаумен және растамаумен
тұтынушының ақпаратын тарату; қателерді ақпарат дестелерін қайта тарату
тәсілімен түзеу (ARQ); қабылдауы расталған ақпаратты тарату кезінде PDU
дестелерін жеткізу ретін анағұрлым жоғарғы деңгейде сақтау;
− жоғарғы деңгейге тек бір рет қана жеткізілуі үшін PDU дестелерінің
қайталануын анықтау; ақпаратты тарату жылдамдығын басқару;
− дестелердің реттік нөмірлерін қадағалау.[9]
LTE желісін ұйымдастырудағы негізгі мақсат - ақпаратты тарату
жылдамдығын үлкейту, себебі қалған басқа мақсаттар осы мәселенің шешімінің
табылуынан ағып шығады. LTE желісін енгізу мобильді байланыстың жоғары
жылдамдықты жүйелерін құру мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Ол желілер
базалық стансадан тұтынушыға 300 Мбитс жылдамдықпен және кері бағытта
75 Мбитс дейінгі жылдамдықпен ақпаратты дестелік таратуға үйлесімделген.
LTE желісін құру әртүрлі жиіліктік диапазондарда (1.4 МГц-тен 20 МГц-ке
дейін), сонымен қоса әртүрлі бөлу технологиялары бойынша (FDD жиіліктік
және TDD уақыттық бөлу) қолданылуы мүмкін.
326,4 Мбитс дейін жылдамдықтарды енгізу үшін жоспарда антенна
көрсеткіштері 4x4 болатын MIMO технологиясын пайдалану көзделген. 2x2
антенна көрсеткіштерінде төменге бағытталған ең жоғарғы жылдамдықтар
172.8 Мбитс жетеді (20 МГц жиіліктік сызықта). "Жоғарыға бағытталған" 20
МГц әр сызыққа келетін ең максималды жылдамдық 86,4 Мбитс жетеді.
LTE базалық стансасының әсер ету радиусы әрқалай. Оптималды
жағдайда 5 км шамасында, бірақ антеннаны жеткілікті жағдайда көтеру
(қажеттілік болғанда 100 км-ге дейін жетуі мүмкін) қажет.
LTE протоколы тиімді жиіліктік спектрді пайдаланады, кеңейген
сыйымдылықпен және кішігірім дестелер үшін кідіріс мәні 5 мс-ке ғана жететін
кідірістің (latency) аз мәндерімен ерекшеленеді. Ақпаратты тарату
жылдамдығын үлкейту: ұсынылатын қызметтер сапасының ұлғаюына, жаңа
мультимедиалық қызметтердің, мысалы көп тұтынушылық онлайн-
ойындардың,бейнеконференциялардың, әлеуметтік желілердің, мониторинг
жүйелері мен М2М-нің таралу тездігіне септігін тигізеді. Тағы бір
артықшылығы болып - WCDMA-ға қарағанда (5 МГц жолағын талап ететін),
LTE желісі әр түрлі жиіліктік жолақтарда - 1,5 МГц-тен 20 МГц-ке дейін
жұмыс істей алады. LTE желісінің әрекет ету аймағында ұялы телефон арқылы
қоңырау немесе ақпаратты тарату сеансы техникалық түрде 3G (WCDMA),
GSMGPRSEDGE желілерінде немесе CDMA2000-да жоғалтусыз және үзіліссіз
таратылады.
LTE технологиясын енгізу операторларға жалпы шығындарды азайтуға,
желі эксплуатациясының бағасын қысқартуға, әртүрлі қызмет түрлері мен
технологияларды көрсету облысында өз мүмкіндіктерін кеңейтуге, ақпаратты
таратудың анағұрлым сапалы қызмет түрлерін көрсету арқылы табысты
18
ұлғайтуға мүмкіндік береді. Желі сонымен қатар MBSFN (Multicast Broadcast
Single Frequency Network) қолдайды, ол өз кезегінде мобильді теледидар секілді
жаңа қызмет түрлерін енгізуге мүмкіндік береді. Rel.8 стандарты 5 МГц
жолағын қолданатын әр сотада 200 іске қосылған активті тұтынушылардың бір
уақытта жұмысын қамтамасыз етуге қолайлы жағдай қарастырады.
1.2 LTЕ технологиясының негізгі көрсеткіштері
LTЕ технологиясының негізгі көрсеткіштері болып саналады:
− арна кеңдігі 20 МГц болатын қабылдаудың максималды жылдамдығы
326 Мбитс;
− арна кеңдігі 20 МГц болатын таратудың максималды жылдамдығының
мәні 86,4 Мбитс;
− TDD және FDD күйінде жұмыс істеу;
− арна кеңдігі 20 МГц-ке дейін әр түрлі қадаммен (1,4; 2,5; 5; 10; 15; 20
МГц) масштабталады;
− тұтынушы құрылғысы мен базалық станса арасында жауап қайтару
уақыты 10 мс-ке дейін және өшіп тұрған күйден активті күйге өту уақыты 100
мс-тен аз болады.
LTE ақпаратты дестелік тарату желісі болып табылады және IP
технологияларды және ІР желілерге тиесілі барлық мүмкіндіктерді пайдалануға
бағытталған. Сәйкестендірілген техникалық шарттар 3GPP мемлекет аралық
ұйымдастығымен жасалған және бекітілген.
LTE - CDMA (WCDMA) жүйесінен OFDMA жүйесіне өту, сонымен қатар
арналар коммутациясы бар жүйеден IP жүйесіне өту (дестелер коммутациясы).
LTE желісіне өту үшін абоненттерге арналған LTE3G желілерінде бір уақытта
жұмыс істей алатын арнайы құрылғылар қажет.
LTE технологиясы үлкен иімділігі бар эфирлік интерфейс ретінде
құрылған. Төменде LTE технологиясының басты көрсеткіштері қаралған:
− көп ретті қатынау технологиясы: тура арна (Downlink - DL) - OFDMA;
кері арна (Uplink - UL) - SC-FDMA;
− жұмыс істеп тұрған жиілік диапазоны: 450 МГц; 700 МГц; 800 МГц;
1800 МГц; 2,1 ГГц; 2,4-2,5 ГГц; 2,6-2,7 ГГц;
− биттік жылдамдығы: тура арна (DL) үшін 100-300 Мбитс; кері арна
(UL) үшін 50-172,8 Мбитс;
− радиоарнаның жолақ кеңдігі: 1,4-20 МГц;
− ұяшық радиусы: 5-30 км;
− ұяшық сыйымдылығы (қызмет көрсетілетін абоненттер саны): 5 МГц
жолағында 200 тұтынушыдан көп; 5 МГц-тен көп жолақтағы абоненттер саны
400-ден көп;
− мобильділік: орын ауыстыру жылдамдығы 250 кмсағ-на дейін;
− кідіріс мәні (latency): 5мс;
19
− спектралды тиімділігі: 5 битсекГц;
− қолданылатын модуляция түрі: тура арна (DL) үшін 64 QAM, QPSK, 16
QAM; кері арна (UL) үшін QPSK, 16 QAM;
− арнаның дуплексті бөлінуі: FDD, TDD [29].
1.3 LTE желісінің радиоинтерфейсі
LTE E-UTRAN желісінің радиоинтерфейсі арнаның дуплексті бөлінуінің
екі тәсілін де қолдайды: жиіліктік FDD және уақыттық TDD.
LTE желісінің қызмет көрсетілуі әр түрлі жолақ кеңдігіндегі жиіліктік
диапазондарда жүзеге асуы мүмкін. Төмен және жоғары бағытталған сигналдар
жұмыс істеп тұрған активті ресурсті блоктардың санына байланысты 1,4-тен 20
МГц-ке дейінгі жолақтарды ала алады. Төменгі және жоғарғы бағытта
ақпаратты тарату кадрларда ұйымдастырылған, олардың ұзақтығы 10 мс-қа тең.
Кадрлар одан да ұсағырақ уақыттық құрылымдарға - слоттарға бөлінеді.
FDD жиіліктік бөліну қалпындағы әр кадр 20 слоттарға бөлінеді, слоттар
0-ден 19-ға дейін нөмірленеді, олардың әрқайсысының ұзақтығы 0,5 мс. FDD
режимінде кадр шегіндегі уақыттық ресурс қарама-қарсы бағыттарда таратылу
үшін бірдей екі бөлікке бөлінген. FDD режиміндегі физикалық арналарында
қарама-қарсы бағыттарда міндетті дуплексті таратуы бар. TDD арнаның
дуплексті уақыттық бөлінуі бар режимде асинхронды табиғаты бар. TDD
режимінде ақпаратты тарату бір уақыт аралығында екі бағытта бірдей және бір
жиіліктік диапазонда жүзеге асады.
E-UTRAN желісінде төменгі бағыттағы жол радиоинтерфейсінің
ерекшелігі болып көп ретті қатынау технологиясын (OFDMA - ортогоналды
жиіліктік бөлінуі бар мультиплексирлеу) қолдануы саналады. OFDMA
технологиясын қолданудың басты мақсаттарының бірі болып сигналдың көп
сәулелі таралуынан пайда болған кедергілермен күрес табылады. Себебі,
OFDM-сигналы тез модульденетін кең жолақты сигнал ретінде емес, көптеген
баяу модульденетін тар жолақты сигналдар ретінде қарастырылады. OFDM
технологиясы көптеген тасушы жиіліктерден тұратын көп жиілікті сигналды
құруға негізделген. OFDM-сигналды құру кезінде ТиN ұзақтығы бар реттік
ақпараттық сигналдар ағыны блоктарға бөлінеді, ол N таңбалар санынан және
Ти - бір таңбаның ұзақтығынан тұрады. Реттік ақпараттық таңбалар блогы
параллельді таңбалар блогына айналады, онда әр ақпараттық таңбаға көп
жиіліктік сигналдың белгілі бір жиілігі сәйкес келеді.
E-UTRAN желісінің төменгі бағытындағы жолда модуляцияның келесі
түрлерін қолданады: QPSK, 16 QAM, 64 QAM. OFDMQAM-сигналды құру
кезінде дискретті кері тез Фурье түрлендіруі (КТФТ) қолданылады. LTE E-
UTRAN желісінің базалық стансасының қабылдағышында ОFDM-сигналды
құру сұлбасы 1.8-суретте көрсетілген.
Таңбааралық интерференциямен күрес ретінде циклдік префикстер ЦП
20
пайдаланылады. Ұзақтығы сәйкесінше 4,7 мкс және 16,7 мкс болатын қысқа
және ұзын префикстер қолданылады.
1.8-сурет. OFDM-сигнал құрылуының құрылымдық сұлбасы
E-UTRAN желісінің төмен бағытталған жолы үшін үш физикалық және
төрт транспорттық арналар айқындалған:
− PDCCH (Physical Downlink Control Channel) - төмен бағытталған
физикалық арнаны басқару;
− PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) - төмен бағытталған
жалпы физикалық транспорттық арна. Ол ақпарат пен мультимедианы жоғары
жылдамдықта тарату үшін арналған;
− ССРСН (Common Control Physical Channels) - жалпы физикалық
басқару арнасы, қызметтік ақпаратты таратады;
− ВСН (Broadcast Cannel) - транспорттық жариялау арнасы;
− РСН (Paging Cannel) - транспорттық шақыру арнасы (пейджинг
арнасы);
− DL-SCH (Downlink Shared Channel) - төмен бағытталған жолдың
жалпы транспорттық арнасы;
− MCH ( Multicast Channel) - топ ішінде транспорттық жариялау арнасы.
LTE E-UTRAN желісінің радиоинтерфейсінде жоғары бағытталған
жолда SC-FDMA технологиясы қолданылады. SC-FDMA (Single Carrier-
Frequency Division Multiple Access) - бір тасушыда ақпаратты жиіліктік
тарататын мультиплексирлеуі бар көп ретті қатынау. SC-FDMA
технологиясының көмегімен ақпаратты таратудың сұлбасы 1.9-суретте
көрсетілген.
E-UTRAN желісінің жоғары бағытталған жолының тұтынушыларының
өзара бір-біріне әсерлесуін тоқтату үшін циклдық префикстер, сонымен қатар
қабылдау құрылғыларында тиімді эквалайзерлер қолданылады. Абоненттер
арасында жиіліктік ресурсты бөлу ресурстық блоктар арқылы жүзеге асады, әр
21
блокқа 180 кГц жиілік жолағы сәйкес келеді. Ол 15 кГц болатын көршілес
тасушыларды бөлу кезінде 12 тасушыға тең.
1.9-сурет. SC-FDMA технологиясының көмегімен ақпаратты таратудың
сұлбасы
Максималды қол жетімді ресурстық блоктардың саны жүйеге мәні 20
МГц-ке дейін жете алатын жиіліктік диапазонды бөлгенге байланысты болады.
E-UTRAN желісінің жоғары бағытталған жолында үш физикалық және
екі транспорттық арналар қолданылады:
− PRACH (Physical Random Access Channel) - ерікті түрде қатынаудың
физикалық арнасы;
− PUCCH (Physical Uplink Control Channel) -
жоғары бағытталған
жолды басқарудың физикалық арнасы;
− PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) - жоғары бағытталған
жолдың физикалық бөлгіш транспорттық арнасы;
− RACH (Random Access Channel) - кездейсоқ қатынаудың транспорттық
арнасы;
− UL-SCH (Uplink Shared Channel) - жоғары бағытталған жолдың
біріктірілген арнасы [8].
1.4 LTE технологиясының радиожиіліктік спектрі
3GPP және ETSI серіктес жобаларының жұмыс топтары LTE үшін
техникалық спецификацияларды айқындайды. Бұл жұмыс топтары белгілеген
спецификацияларда LTE үшін FDD жиіліктік дуплекс режиміне арналған
радиожиіліктің он жеті жолағы және ТDD уақыттық дуплекс режиміне
арналған радиожиіліктің сегіз жолағы белгіленген және олар 1.1-кестеде
толығымен көрсетілген [8].
22
1.1-к е с т е . E-UTRAN радиоқатынау желісі үшін жиіліктер диапазоны
Кестеден көріп тұрғанымыздай, LTE желісін ұйымдастыруға арналған
жиіліктер диапазоны қазіргі уақытта басқа желілерімен қолданыс тауып қойған,
сол себепті желіні құру қиыншылық туғызып отыр.
1.5 Қазіргі таңдағы LTE инфрақұрылымы
Әлемдік телекоммуникациялық нарықтың сарапшылары қазіргі кезде
болып жатқан маңызды өзгерістерді тіркеп жатыр. Көзге түсетін трендтердің
бірі болып LTE инфрақұрылымының таралуы саналады. Жағымды болжамдар
23 Жұмыс
істейтін
диапазондар
нөмірі
Жиіліктер диапазоны, МГц
Дуплекс түрі
Жұмыс
істейтін
диапазондар
нөмірі
"Жоғары" бағытталған жол,
UL
"Төмен" бағытталған жол,
DL
FDD
1
1920-1980
2110-2170
FDD
2
1850-1910
1930-1990
FDD
3
1710-1785
1805-1880
FDD
4
1710-1755
2110-2155
FDD
5
824-849
869-894
FDD
6
830-840
875-885
FDD
7
2500-2570
2620-2690
FDD
8
880-915
925-960
FDD
9
1749,9-1784,9
1844,9-1879,9
FDD
10
1710-1770
2110-2170
FDD
11
1427,9-1452,9
1475-1500,9
FDD
12
698-716
728-746
FDD
13
777-787
746-756
FDD
14
788-798
758-768
FDD
17
704-716
734-746
FDD
18
815-830
860-875
FDD
19
830-845
875-890
FDD
33
1900-1920
TDD
34
2010-2025
TDD
35
1850-1910
TDD
36
1930-1990
TDD
37
1910-1930
TDD
38
2570-2620
TDD
39
1880-1920
TDD
40
2300-2400
TDD
бойынша, 2017 жылға дейін LTE желісінің әлемде таралу деңгейі 50%-ға жетеді
және 785 млн тұтынушыларды қамтиды. Ал 2012 жылы тұтынушылар саны 58
млн болған. Көшбасшы болып қазіргі таңда АҚШ саналады (31 млн тұтынушы)
және Оңтүстік-Шығыс Азияның дамыған мемлекеттері (мысалы, Оңтүстік
Корейде 16 млн).
Ұялы байланыспен жабдықтаушы жаһандық ассоциация жариялаған
ақпараттар бойынша (The Global mobile Suppliers Association, GSA), 2012 жылы
әлемде 97 коммерциялық LTE желілері ұйымдастырылған. Бұл 30 LTE желісі
жұмыс істеген 2011 жылғы көрсеткіштерден 3 есе асып түседі.
LTE желілерінің осыншама өсу қарқындылығы смартфондар мен
планшеттік дербес компьютер тұтынушыларының санының өсуінде және ол
тұтынушыларға ақпаратты таратудың аса жоғары жылдамдыққа деген
сұраныстың болуында шығар. Бағаның төмендеуі және сәйкесінше LTE-
құрылғылардың абоненттер санының ұлғаюына әкелді [21].
LTE желісінің Қазақстандағы дамуы туралы айтатын болсақ, онда
берілген технологияның нарықтық болашағының бар болуы әбден мүмкін.
Тағы да осы бір берілген жиіліктік диапазонның жағымды жағы болып төменгі
жиіліктерде анағұрлым кең ауқымға ие бола алуы және ғимарат ішінде тұрақты
байланыспен қамтамасыз етуі саналады. Бұл Қазақстан Республикасының
география шарттарында актуалды болып табылады. LTE технологиясына біздің
отандық ірі операторлар қызығушылықтарын білдіре бастады. Мысалы, ұялы
байланыстың көшбасшы операторы болып саналатын Kcell компаниясы LTE-ге
қатысты тесттік зерттеулерді Алматы қаласындағы басты кеңсесінде жүргізді.
Компания өкілдерінің айтуы бойынша, жүргізген тәжірибе нәтижесінде олар
ақпаратты таратудың 170 Мбит секундына дейінгі жылдамдыққа қол жеткізген.
Әлемдік мамандардың берген бағасы бойынша, HSPA (3G) және LTE (4G)
желілерін ұйымдастыру үшін кететін шығындар салыстырмалы түрде арзан.
Осыған байланысты, Қазақстанда берілген байланыс желісін ұйымдастыру
актуалды мәселе болып тұр.
АО АЛТЕЛ компаниясы ары қарай қамту аумағын кеңейтуге және LTE
(4G) ақпарат таратудың жаңа ұрпақ желісін Республиканың Ақтау, Ақтөбе,
Атырау, Қарағанды, Өскемен және Шымкент қалаларында коммерциялық
қолданысқа беруге деген жоспарларын хабарлады.
LTE (4G) мобильді желісі коммерциялық қолданысқа 2012 жылдың
желтоқсанында Астана және Алматы қалаларында берілді. 2013 жылдың IV
кварталы өткеннен кейін компания Алматы қала-серігінде: Есік, Қаскелен,
Қапшағай, Талғар, Шамалған және Алматы облысының 30 тұрғылықты
орындарында берілген желіні кеңейту туралы жоспарын мәлімдеді.
Мемлекеттік жобалар шеңберінде LTE технологиясы жоғарғы және орта
оқу орындарында электронды білім беру жүйесін енгізуге, денсаулық сақтау
мекемелерінде арнайы жобалар ұйымдастыруға, транспорт және логистика
салаларын дамытуға зор мүмкіндіктер бере алады. Бұл өз кезегінде Қазақстан
тұрғындарының денсаулығын және өмір сүру деңгейін жаңа сатыға көтереді
[20].
24
1.6 Машинааралық өзара әрекеттесу технологиясы
М2М технологиясының даму тарихы. Адамзат бүкіл өзінің тарихы бойы
өмірін жеңілдету мақсатында жаңа қондырғыларды ойлап тапты. Қазіргі таңда
біздің айналамызда неше түрлі құрылғылар бар - үйде: кеңселік техника, күзет
және қауіпсіздіктің мүмкін болатын неше түрлі жүйелері; өндірістік және
жартылай өндірістік қондырғылар: өлшеу аспаптары, қатынау жүйелері, өлшеу
және қадағалау жүйелері. Олардың көбісі тұрақты қадағалауды, бақылауды,
белгілі бір көрсеткіштерді орнатуды немесе мәліметтердің жинақтауын,
өлшеулердің нәтижелерін қажет етеді. Сонымен қоса, кездесетін жағдайлардың
көпшілігінде бұндай құрылғыны басқару үшін және одан ақпарат алу үшін
ақпаратты немесе сигналды таратумен қамтамасыздандыру қажет. Жансыз
тұтынушылардың байланыс тәсілі арқылы ақпараттық өзара әрекеттесу М2М
(Machine to Machine - машинадан машинаға) технологиясы деп аталады.
Жансыз тұтынушыларға адам өз қолымен жасап шығарған кез келген
құрылғыларды жатқызуға болады.
Инженерлік тұрғыда қарағанда, барлық байланыс тәсілдері машина
болып табылады. Бірақ олардың бір бөлігі жанды нысандар арасындағы
коммуникацияны жеңілдету мақсатында жасалған және сол себепті адам-
машиналық интерфейспен жабдықталған, ал басқа бөлігі тек бір-бірімен ғана
өздерінің телематикалық тілдерінде әрекеттеседі. Осы соңғы жағдайда біз
неліктен М2М құрылғылар деген атау қалыптасқанын түсінеміз. M2M деп біз
телеметрикалық ақпараттарды дәстүрлі желілік емес құрылғылар арасында
таратуды айтамыз. Дәстүрлі желілік емес құрылғыларға желдеткіштер,
қауіпсіздік жүйелері, лифт және тағы басқалары жатады.
Машинааралық өзара әрекеттесу - машиналарға бір-бірімен немесе тек
бір бағытта ақпарат алмасуға мүмкіндік беретін технологиялардың жалпы
атауы. Мысалы, банкоматтар немесе төлем терминалдары ақпаратты автоматты
түрде GSM-желілері арқылы тарата алады, сонымен қоса егер оларда чек
қағазы, ақша таусылып қалса немесе керісінше, қаражат тым көп болса
инкассаторларды шақыра алады.
Мобильді машинааралық өзара әрекеттесуді алғашқылардың бірі болып
ұйымдастырған
OmniTRACS саналады. OmniTRACS
-
1989 жылы
коммерциялық көлікті қадағалау үшін жасалған Qualcomm-ның шешімі. ABI
Research ақпараты бойынша, қазіргі таңда Азия бойынша мобильді
машинааралық өзара әрекеттесуді қамтамасыз етіп отыратын негізгі
операторлары болып саналатындары: Жапонияда NTT DoCoMo, Корейде Korea
Telecom және Қытайда China Mobile. Еуропада аса ірі операторлар болып
Испаниядағы Telefonica, Telenor (Скандинавия), Orange Business Services
(France Telecom-ға кіреді) және Vodafone табылады.
UMTSHSPALTE үшінші және төртінші ұрпақты заманауи мобильді
байланыс желілерінің технологиялық мүмкіндіктерінің күрт дамуы және GSM
(Evolved EDGE) технологиясының жақсартылуы тұтынушылар тарапынан
25
олардың қызмет түрлеріне деген сұраныстарының көбеюіне алып келді. Және
де операторлардың назарын оған тектес нарықтарға да аударып келеді. Бұндай
қызмет көрсету нарығына M2M нарығы айнала алады.
М2М құрылғыларында (бейнекамераларда, музыкалық ойнатқыштарда
және басқа да тұрмыстық электроника құрылғыларында) орын ауыстырмайтын,
құрылғы ішіне енгізіліп жасалған SIM-карталар түрінде инновациялық
шешімдер пайда болды. Операторларға М2М желілерін құру арқылы
қолданылатын құрылғылар аясы да кеңейеді, мысалы, тұрмыстық электроника
және e-Health мобильді желілеріндегі медициналық құрылғылар.
M2M қызмет түрлерін көрсету және оларды басқару үшін
арнайыландырылған, M2M қызмет көрсету сервис-провайдерлерімен жасалған
М2М базалық желілері қолданылуы мүмкін. Сонымен қоса, қазіргі таңда
қолданылып жүрген IMS платформасының негізіндегі EDGEHSPALTE
мобильді желілерінің қызметтерді басқару инфрақұрылымы да пайдаланыла
алады.
1.7 М2М желілерінің құрылымы
М2М желілерінің құрылымының негізгі элементтері үш доменге
бөлінген: М2М құрылғылар домені (капиллярлі желі домені), желілік домен
(М2М желісінің базалық ядросы) және қосымша домені (1.10-суретте
көрсетілген).
1.10-сурет. М2М желілерінің құрылымы
1.10-суретте көрсетілгендей, M2M құрылғылары M2M қызмет түрлері
мен домендік желінің функцияларымен тез уақыт аралығында пайдалануға
26
мүмкіндік береді. М2М құрылғылары қатынау желісімен не тура, не М2М
жергілікті желі және М2М шлюзы арқылы байланыса алады.
M2M жергілікті желілері М2М құрылғылары және М2М шлюздары
арасында қосылысты PAN-технологиясы (IEEE 802.15, SRD, UWB, Zigbee,
Bluetooth) немесе (PLC, M-BUS, Wireless M-BUS) жергілікті желілері көмегімен
ұйымдастырады.
M2M шлюздары M2M құрылғыларын кепілденген желіаралық өзара
әрекеттестікпен және желі мен қолданбалы домендерге қосылумен қамтамасыз
етеді. M2M шлюздары M2M құрылғыларының әртүрлі қосымшалары үшін
пайдаланыла алады. Функционалды түрде M2M шлюзы құрылғымен бірге бір
модульде немесе М2М құрылғыларының тобымен біріктіріле алады.
Қатынау желілері
М2М құрылғылар доменіне М2М желі ядросымен
(базалық желі) қосылысты қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. M2M қатынау
желілерінің функционалды мүмкіндіктері қазіргі кезде қолданылып жүрген
қатынау желілерінің (xDSL, HFC, PLC, VSAT, GERAN, UTRAN, LTE, W-LAN
және WiMAX) мүмкіндіктеріне негізделеді және қызмет көрсету аясын
кеңейтуге қолайлы жағдайлар туғызады.
Транспорттық желі желілік домен мен қосымша домені арасында
ақпараттың таратылуын қамтамасыз етеді. M2M желілеріндегі функционалды
транспорттық мүмкіндіктер бар болып табылатын транспорттық желі негізіне
сүйенеді.
М2М базалық желісі М2М желісінің элементтерінің ІР - қосылуының,
қызмет көрсету және желілік басқару қызметтерінің, желіаралық өзара
әрекеттестігінің,
роумингтің және желі қауіпсіздігінің функционалдық
мүмкіндіктерін қамтамасыз етеді. M2M базалық желісінің функционалдық
мүмкіндіктері 3GPP CN (мысалы, GPRS, EPC), ETSI TISPAN CN базалық
желілерінің функционалдық мүмкіндіктеріне негізделеді.
М2М желісінің функционалдық модулдеріне сәйкестендіріліп жүзеге
асатын M2M базалық желісінің негізгі функционалдық мүмкіндіктері (Service
Capability, SC) құрамына кіреді [3]:
− қосымшалардың мүмкіндіктерін басқару - Application Enablement
(xAE);
− желіде жалпы өзара әрекеттестікпен қамтамасыздандыру - Generic
Communication (xGC);
− құрылғышлюздердің қолжетімділігін, ақпараттардың адресациясы мен
сақталуын қамтамасыз ету - Reachability, Addressing and Repository (xRAR);
− өзара байланысты таңдау - Communication Selection (xCS);
− құрылғыларды алыстан басқару - Remote Entity Management (xREM);
− қауіпсіздікті қамтамасыз ету - SECurity (xSEC);
− ақпараттардың сақталуы - History and Data Retention (xHDR);
− келген тапсырысты өңдеуді басқару - Transaction Management (xTM);
− компенсациямен басқару - Compensation Broker (xCB);
− байланыс операторларына базалық желіні экспозициялау - Telco
Operator Exposure (xTOE);
27
− сенімді желілік өзара әрекет - Interworking Proxy (xIP), мұндағы х -
М2М желісінде осы қызметтердің қосымша нүктесін білдіретін және мән
қабылдайтын айнымалы:
− N - М2М құрылғылары мен шлюздармен байланысқан М2М базалық
желісінің инфрақұрылымы бар желілер үшін;
− G - М2М базалық желісімен байланыстырылған және М2М жергілікті
желісіндегі М2М құрылғыларын тура басқаратын шлюздер үшін;
− D - М2М базалық желілеріне немесе М2М шлюздарына бірден тура
байланыса алатын М2М құрылғылары үшін арналған.
M2M базалық желісінің функционалдық мүмкіндіктері М2М
қосымшаларын қолдайтын арнайы да, сонымен қоса жалпы желілік
мүмкіндіктерді: ақпаратты жинау мен агрегациялау, көп адресті
хабарламаларды жеткізу секілді мүмкіндіктерді қолдайтын жалпы да бола
алады [30].
1.8 M2M технологиясының негізіндегі байланыс қызметтері
M2M өзара әрекеттілік адамның араласуын қажет етпейтін транспорттық
қондырғылар немесе басқару орталықтары секілді құрылғылар арасындағы
автоматты түрде ақпарат алмасу түрінде көрінеді. Құрылғылар арасындағы
байланыс сымды немесе сымсыз жүйелер арқылы орнатылады.
M2M технологиясын қолданылуының мысалы ретінде мобильді
интеллектуалды өлшеу құралдары, енгізілген процессорлар мен алыстатылған
сервермен байланыс орнатуға арналған немесе өлшеулер жүргізуге, адам
қатысынсыз кейбір физикалық құбылыстардың мониторингін жүргізуге
мүмкіндік беретін мобильді құрылғылар көрсетіле алады. Бұл жағдайда адам
тек ақпаратты жинайды.
M2M қосымшалар күнделікті өмірді жеңілдету және автоматтандыру
мақсатында жұмыс істейтін интеллектуалды жүйелерді дамытуға бағытталған.
Берілген технология көбінесе жиі қолданылатын облыстар болып навигация,
адам денсаулығы күйінің мониторингі, қауіпсіздік және бейнебақылау,
автопаркты басқару, сату нүктелерінің мониторингі, жүйелердің
автоматтандырылуы, активтерді басқару табылады.
M2M қосымшаларында белгіленген техникалық талаптар жиынтығы бар.
Оларға: мобильділік, ақпаратты тарату жылдамдығы, құрылғылар мен
серверлер арасында сигналдар мен хабарламалар алмасу тиімділігі жатады.
Мобильді байланыс операторлары қамту деңгейі жоғары желілерін
ұйымдастыруды жүзеге асырды. Соның есесінен, алыстатылған құрылғылар
мен M2M қосымшаларының серверлері арасында ақпаратты таратуға қажет
талаптарды қанағаттандыра алды.
M2M операторлардың қосымша табыс көздерін айқындады: M2M
қосымшалар өз табиғаты бойынша (құрылғылар және қызмет) мобильді
28
операторлар үшін абоненттерге дауыстық қызмет көрсетуден кейін орналасқан
екінші табысты облыс болып табылады. М2М-нің қызмет көрсету аясы 1.11-
суретте көрсетілген.
1.11-сурет. М2М-нің қызмет көрсету аясы
Көптеген қазіргі заманауи құрылғылар мен машиналар бағдарламалау,
қадағалау және техникалық қызмет көрсету үшін жергілікті желі
интерфейстерімен жабдықталған. Көбінесе мұндай қондырғылар жалпы
корпоративтік желіге кабель жүргізу тым ауыр немесе мүлде мүмкін емес
жерлерге орнатылады. Мысалы, фотовольтаикалық жүйелер және жел-
энергетикалық қондырғылар пайдаланылатын энергетикалық секторда LTE
маршрутизаторларын қадағалау мен басқару мақсатында, ал IP-камераларын
қондырғыларды вандализм мен ұрлықтан сақтау мақсатында қолдана алады.
Қаржылық қызмет түрлерін көрсететін кәсіпкерлер өздерінің актуалды
тенденциялардың ізімен жүретін тұтынушыларынан қалыспай, жаңа жұмыс
модельдерін құрумен айналасуда. Бұл анағұрлым күрделі әрі икемді банктік
инфрақұрылымдардың пайда болуына алып келе жатыр. LTE технологиясы
дебеттік немесе кредиттік банк карточкалары арқылы тура төлемдер жасауға
мүмкіндік береді. Тіпті кішігірім нарықта сатушы картаны беріп тұрған
адамның карточкасында қажет сомма бар ма, жоқ па екенін білу үшін LTE-VPN
маршрутизаторын пайдалана алады.
Тағы бір мысал: қысқа уақыт аралығында потенциалды сатып алушылар
саны көп болатын концерт немесе спорттық мерекелер секілді үлкен ауқымды
мерекелерде банктер өздерінің қозғалмалы банкоматтарын орната алады. Бұл
29
қозғалмалы банкоматтарында орнатылған LTE-VPN маршрутизаторлары
банктік карта туралы ақпаратты тексеру үшін орталық кеңсемен байланыс
орнату мақсатында қолданылады. Осындай арнайы мәселелерді орындаудан
бөлек, LTE маршрутизаторлары интернетке резервті қосылысты орнату
мақсатында банк бөлімшелері үшін де пайдалы болмақ.
M2M-шешімдерді енгізудің артықшылықтары:
− корпоративті абоненттердің бизнес - қажеттіліктерін қанағаттандыру
арқылы абоненттердің ниеттестілігін жоғарылату;
− лицензияның бағасын төмендету арқылы шығындарды азайту
(құрылғыларға кететін шығын, биллинг);
− корпоративті абоненттерге қосымша қызмет түрлерін көрсету арқылы
қосалқы табыс алу;
− ARPU қажетті деңгейін SIM-картаға тіркеу (фиксациялау);
− серіктестер иерархиясы бар жұмыстарды қолдау (дилерлер,
реселлерлер, контент-провайдерлер, қосымша жасаушылар);
− әлемнің кез келген нүктесінен нақты уақыт режимінде абоненттердің
қызмет түрлерін пайдалануын қадағалау;
− бизнес-үрдістер мен қызмет көрсетудің басты техникалық
көрсеткіштеріне үздіксіз бақылау орнату мүмкіндігі.
М2М желілерінің әлемде және Қазақстанда дамуы. М2М-қызмет
түрлерінің дамуы бірнеше жылдардан кейін әр түрлі М2М құрылғылардың тек
мобильді ғана емес, сонымен қатар М2М стандартталған платформаларына
және LTE3GPP қатынау желілеріне біріккен М2М желілеріне бірігуіне алып
келеді.
М2М технологиясының таралу ауқымдылығына қарасақ, көшбасшы
орынды АҚШ алып отыр. Тек 2011 жылдың нәтижелері бойынша АҚШ-тағы
M2M-қосылыстардың саны 26,8 миллионды құрады. Екінші орында 20 миллион
қосылыстары бар Қытай тұр. Ал қалған мемлекеттерде М2М-қосылыстар саны
6 миллионнан аспады.
Қазақстандағы M2M нарығы енді ғана қалыптасып ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz