Предисловие
В настоящее время наблюдается бурное развитие систем мобильной связи, сопровождаемое все возрастающим интересом общества к мобильной связи и отменой государственного регулирования в прошлом сильно монополизированных рынков сбыта. В то время, как обычная связь имеет дело со стационарными сетями, мобильность порождает ряд новых вопросов, технических приемов и решений. Во многих странах мобильные коммуникации являются вообще единственным приемлемым решением из-за отсутствия инфраструктуры, необходимой для обеспечения стационарной связи. Подобная ситуация создает все возрастающую потребность в квалифицированных специалистах, понимающих принципы функционирования и существующие возможности новейших разработок в области мобильной связи. То, что мы видим сегодня - это только начало. В исследовательских лабораториях сейчас разрабатывается много новых захватывающих вещей. В будущем будет появляться все больше и больше мобильных устройств, произойдет слияние речевой связи и технологий передачи данных, использование Internet распространится на мобильные и беспроводные устройства. Новые приложения и новые мобильные сети выведут на массовый рынок мультимедийную обработку данных; радиоприемники, электронные записные книжки, переносные компьютеры и мобильные телефоны будут объединены в единое устройство, способное выполнять множество различных функций.
Данная книга является введением в область мобильных коммуникаций и сосредоточена на цифровой передаче данных. Она предназначена для студентов факультетов электроники и компьютерных наук, изучающих курс компьютерных сетей и коммуникаций; для инженеров, работающих со стационарными сетями и интересующихся будущим сетевых технологий; а также для тех менеджеров, которые нуждаются в хорошем и достаточно полном обзоре существующих средств мобильной связи. Предполагается, что читатель понимает основы построения и функционирования коммуникационных линий и немного знаком с общими принципами работы компьютерных сетей и Internet. Поскольку существует достаточно много книг по конкретным технологиям, в этой книге предпринимается попытка охватить различные аспекты мобильной связи, причем с точки зрения компьютерных наук. Более того, в книге рассматриваются общие свойства различных технических решений, показана интеграция служб и приложений для стационарных сетей в сети, поддерживающие беспроводный доступ и мобильность конечных систем. Для читателей, заинтересованных в более детальной информации по какой-либо теме, приведены ссылки на соответствующие публикации или Web-узлы.
Эта книга будет также полезна преподавателям курса, предназначенного для изложения основ передачи данных или принципов функционирования компьютерных сетей. Ее можно использовать как часть более общего курса при использовании других книг по стационарным или скоростным сетям. Вместе с данной книгой для курса можно использовать также материал, доступный по следующему Web-адресу:
http://telematik.informatik.uni-karlsruhe.de/~schiller/
Этот материал включает все иллюстрации, около 370 слайдов в формате PDF и PowerPointTM, список всех акронимов и множество ссылок на соответствующие Web-узлы. Кроме того, вопросы, приведенные в книге, студенты могут использовать для самоконтроля.
Книга предназначена людям, которые хотят знать, как работают системы мобильной телефонной связи, интересуются будущим спутниковых коммуникаций и влиянием мобильности на приложения, безопасность и компьютерные сети. Специалисты, работающие со стационарными сетями, найдут здесь описание путей перехода к смешанным стационарно-мобильным сетям.
В книге освещен широкий круг вопросов мобильной связи - от сигналов и протоколов доступа до требований к приложениям и безопасности. При этом не делается акцента на отдельных темах в ущерб всем остальным. Поскольку автор видит будущее за такими цифровыми системами, как CDMA, GSM, DECT, DAB, основное внимание сосредоточено на цифровых мобильных коммуникационных системах. Также рассмотрены новые и важные вопросы высших уровней связи, в частности, WAP - протокол, предназначенный для распространения информационных материалов по Internet.
В главе 1 рассмотрены основные понятия мобильной и беспроводной связи, представлена краткая история предмета и указаны вопросы, требующие дополнительных исследований. В главу также включен обзор рынка мобильных технологий, который иллюстрирует их потенциал. Глава 2 посвящена классическим аспектам коммуникационных систем и изложению основ беспроводной технологии с точки зрения компьютерных наук. Тема этой главы - распространение, уплотнение и модуляция сигналов. Хотя глубокие электротехнические знания здесь не потребуются, необходимо все же понимать основные принципы беспроводной передачи данных. В главе 3 представлено несколько схем сетевого доступа. Тут же объясняется, почему стандартные схемы стационарных сетей оказываются непригодными в беспроводном случае.
Главы 4-8 посвящены различным существующим беспроводным коммуникационным системам и их можно читать в любом порядке. Общей чертой упомянутых систем является возможность беспроводного доступа к сети и осуществление передачи произвольных данных. В главе 4 рассматриваются глобальная система мобильной связи (global system for mobile communication - GSM) как наиболее успешная на сегодняшний день система мобильной телефонной связи, радиомагистрали, беспроводные телефонные технологии и будущие разработки универсальной мобильной телекоммуникационной системы (universal mobile telecommunications system -UMTS). Спутниковые системы рассмотрены в главе 5, в главе 6 обсуждаются такие цифровые широковещательные системы, как DAB. Они могут быть частью большей системы связи, предоставляющей конечным пользователям массовые данные. Глава 7 посвящена беспроводным локальным сетям, позволяющим обойтись без укладки кабеля в зданиях. Примерами здесь являются технологии IEEE 802.11, HIPERLAN и Bluetooth. В главе 10 рассмотрена технология беспроводного асинхронного режима передачи (ATM). Особенностью беспроводной технологии ATM является обеспечение качества обслуживания (QoS) за счет контроля пропускной способности и частоты появления ошибок.
Большая часть главы 9 посвящена Mobile IP - расширению протокола Internet (IP) для мобильной связи. Также обсуждаются соответствующие эпизодические сети с их требованиями к специфическим протоколам маршрутизации. Следующий уровень, транспортный, рассмотрен в главе 10. Здесь обсуждаются несколько попыток приспособления известного протокола TCP к специфическим требованиям систем мобильной связи. И, наконец, в главе 11 представлен WAP - стандарт, позволяющий мобильным и беспроводным устройствам использовать ресурсы Internet.
Основой книги является курс, прочитанный в университете Карлсруэ, состоящий из 14 полуторачасовых лекций. Материал, изложенный в книге, практически используют уже больше 150 студентов. Еще раз напомним, что весь этот материал есть и в Internet.
Любые замечания и пожелания относительно книги или материала курса присылайте по адресу [email protected]
. Я надеюсь, что книга читателям понравится и они простят мне некоторые упрощения. Дальнейшие исследования в области мобильных коммуникаций могут изменить многие упомянутые в книге детали и стандарты.
Йоган Шиллер (Jochen Shiller) получил ученую степень по вычислительной технике в Германии в университете Карлсруэ. Во время своей рабочей поездки в Швецию в университет Упсалы участвовал в европейском проекте HIPPARCH, занимаясь, в частности, обеспечением качества обслуживания (QoS) крупных WWW-серверов.
В настоящее время Йоган Шиллер работает в Институте Телематики (университет Карлсруэ), где проводит исследования телекоммуникационных информационных потоков и механизмов обратной связи для структур QoS и мобильных коммуникаций. Кроме того, является доцентом университета Карлсруэ, одного из ведущих технических европейских вузов, где читает лекции по компьютерным сетям и мобильным коммуникациям. Также д-р Шиллер преподает в университете Упсалы (Швеция), является членом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и консультирует несколько компаний по вопросам связи и сетей.
В первую очередь я хотел бы поблагодарить тех многочисленных студентов прочитанного мной курса мобильных коммуникаций, которые подтолкнули меня к написанию этой книги, требуя больше информации по беспроводной и мобильной связи. Студенческие вопросы во многом определили содержание данной книги.
Также я признателен многим моим коллегам по университету Карлсруэ за полезные замечания и предварительное обсуждение глав книги. Особенно я благодарен Марку Бехлеру (Marc Bechler), Стефану Дреслеру (Stefan Dresler), Йогану Сайтцу (Jochen Seitz) и Гюнтеру Шаферу (Gunter Schafer). Я в долгу перед Хартмутом Риттером (Hartmut Ritter), который взял на себя часть моей повседневной работы. На ранних этапах подготовки данного курса мне помогали Верена Роуз (Verena Rose) и Эльмар Дорнер (Elmar Dorner).
Я хочу поблагодарить Пэра Гуннингберга (Per Gunningberg) из университета Упсалы за многочисленные проницательные замечания. Я глубоко признателен Анжелике Райдер (Angelika Rieder) и Керстину Риссе (Kerstin Risse) за помощь с переводом книги на английский язык.
Я благодарен сотрудникам отделения издательства Addison-Wesley в Великобритании, и особенно Пенелопе Олпорт (Penelope Allport), Элисон Бертвел (Alison Birtwell) и Стиву Темблетту (Steve Temblett) за поддержку, оказанную мне при написании книги.
И, наконец, я хочу выразить благодарность директору Института Телематики проф. Герхарду Крюгеру (Gerhard Kruger) за предоставленную мне свободу и возможность подготовки курса в наиболее благоприятных условиях.
