UMTS architektura

Praca posiada liczne rysunki i tabele do dokładnego zrozumienia textu zapoznaj się z załącznikiem(R)

UMTS - Telefonia trzeciej generacji (3G) od strony technicznej
UMTS
Universal Mobile Telecommunications System. W Polsce nazywamy go technologią komórkową trzeciej generacji o charakterze globalnym lub po prostu UMTS. UMTS to integracja wszelkich, dotychczasowych systemów komunikacji ruchomej (komórkowych, satelitarnych, przywoławczych).
Telefonia UMTS umożliwi stały, szybki dostęp do sieci (o przepływności od 144 kb/s do 2 Mb/s) co pozwoli korzystać z usług o nowej, multimedialnej jakości. Standard UMTS określa norma dotycząca technologii trzeciej generacji IMT-2000 (International Mobile Telecommunication 2000) przyjęta przez międzynarodową organizację ITU.
Usługi sieci UMTS:
- Wideotelefon, wideokonferencje,
- Poczta elektroniczna, strony www,
- Telewizja, radio, muzyka, wideo,
- Nawigacja i lokalizacja: aktywne mapy, systemy namierzania.

Europejski Komitet Radiokomunikacji zdecydował, że na wprowadzenie nowej technologii będą przeznaczone pasma częstotliwości od 1900 do 1980 MHz, od 2010 do 2025 MHz i od 2110 do 2170 MHz dla zastosowań naziemnych, dla zastosowań satelitarnych 1980-2010 MHz oraz 2170-2200 MHz. W ciągu kilku lat może zajść potrzeba zapewnienia dodatkowego zakresu częstotliwości.
Architektura systemu
System UMTS będzie charakteryzował się hierarchiczną architekturą, tzn. że na obszarach o dużym ruchu, w budynkach komórki będą miały wielkość kilkudziesiąciu metrów (tzw. pikokomórki), w centrach miast komórki będą kilkusetmetrowe - podobnie jak GSM 1800 (tzw. mikrokomórki), natomiast na pozostałych obszarach przewiduje się komórki o średnicy 30-40 km, czyli porównywalne z GSM 900 (tzw. makrokomórki). W rejonach świata o małym zaludnieniu, tam gdzie nie została rozwinięta klasyczna sieć łączności połaczenia będą zapewniać systemy satelitarne.
Nie znaczy to wcale, że użytkownik będzie zmuszony posiadać kilka komórek. Będzie to jedna komórka, która będzie miała możliwość automatycznego przestawiania się tak aby zapewnić jak najlepsze parametry transmisji.



Ogólna architektura systemu UMTS

Ogólna architektura systemu UMTS przedstawiona została na rys 1 gdzie wydzielono trzy główne części:
· Sieć rdzeniową CN (Core Network)
· Sieć dostępu radiowego UTRAN (UMTS Terrestial Radio Access Network)
· Wyposażenie użytkownika UE (User Equipment)


rys 1 Ogólna architektura systemu UMTS

Współpraca pomiędzy siecią dostępu radiowego UTRAN a wyposażeniem użytkownika UE odbywa się przy użyciu interfejsu radiowego, wyspecyfikowanego w dokumentacji standaryzacyjnej pod nazwą Uu. Interfejs sieciowy o nazwie lu zapewnia współpraca pomiędzy obu wymienionymi powyżej sieciami. Sieć dostępu radiowego UTRAN jest odpowiedzialna za realizację bezpośrednich połączeń do terminali ruchomych użytkowników końcowych. System dba o efektywne wykorzystanie zasobów radiowych oraz o kontrolę mobilności abonentów. Natomiast sieć rdzeniowa CN będzie realizowała funkcje połączeniowe zachodzące zarówno w jej obrębie, jak również z sieciami zewnętrznymi. Ponadto będzie ona wykonywała procedury związane z usługami telekomunikacyjnymi, wraz z nadzorem użytkownika systemu UMTS.

Architekturę systemu UMTS można rozpatrywać z punktu widzenia fizycznego lub funkcjonalnego. W pierwszym przypadku system ten jest opisany przy użyciu koncepcji domen (damain), w drugim zaś przy użyciu warstw (stratum). przy tym pod pojęciem domeny rozumie się zbiór powiązanych ze sobą fizycznych elementów sieci. Natomiast pod pojęciem warstwy rozumie się zbiór funkcji służących do realizacji przekazu informacji pomiędzy domenami.

Struktura domenowa systemu UMTS

Struktura domenowa systemu UMTS w najbardziej ogólnym ujęciu dzieli się na dwie części:

· wyposażenia użytkownika (User Equipment Damain)
· stałej infrastruktury systemu (Infrastructure Damain).

Wyposażenie użytkownika zawiera część radiową (Mobile Equipment Damain), przeznaczoną do realizacji transmisji radiowej oraz kartę USIM (User Services Identity Module), przeznaczoną do autoryzacji dostępu do systemu. Karta ta jest odpowiednikiem karty SIM stosowanej w GSM. Natomiast stała infrastruktura systemu w pierwszym rzędzie dzieli się na:

· domenę dostępową (Access Network Damain)
· domenę rdzeniową (Core Network Domain).


Do funkcji domeny rdzeniowej należy spełnienie następujących zadań:

· lokalizowanie użytkowników.
· realizowanie funkcji sygnalizacyjnych i sterujących,
· kontrolowanie transferu strumienia danych,
· generowanie informacji o stanie systemu.


W świetle powyższych zadań domena rdzeniowa dzieli się na:

· domenę usługową (Serving Network Domain), która jest odpowiedzialna za kierowanie wywołania do użytkownika oraz za przesyłanie informacji systemowych i danych, ze źródła do miejsca przeznaczenia,
· domenę tranzytową (Transit Nefwork Domain), która w trakcie wywołania pośredniczy pomiędzy użytkownikiem i domeną usługową, w sytuacji gdy użytkownik znajduje się poza domeną rdzeniową,
· domenę macierzystą (Home Nefwork Domain), współpracującą bezpośrednio z kartą USIM, w której są przechowywane dane o użytkowniku i jego aktualna pozycja.




Rys 2 Struktura domenowa systemu UMTS. Oznaczenia: Cu, Uu, lu, Zn, Yn wyspecyfikowane nazwy Interfejsów pomiędzy poszczególnymi domenami.

Współpraca pomiędzy poszczególnymi domenami będzie odbywać się za pomocą odpowiednich standaryzowanych interfejsów radiowych lub sieciowych. wyspecyfikowanych pod skrótowymi nazwami Cu, Uu, lu, Zu oraz Yu. Ich lokalizację w systemie UMTS pokazano na rys 2. gdzie przedstawiono strukturę domenową tego systemu.


Struktura warstwowa systemu UMTS

Przesyłanie informacji w systemie UMTS dokonuje się przy użyciu następujących warstw:
· aplikacji (Application Stratum),
· uwierzytelnienia (Home Stratum),
· usługowej (Serving Stratum),
· transportowej (Transport Stratum),
· dostępowej (Access Stratum), która wchodzi w skład warstwy transportowej. co przedstawiono na rys, na którym zilustrowano obszary przepływu informacji, w odniesieniu do elementów struktury domenowej omawianego systemu.


Warstwa aplikacji zawiera tzw. protokoły end-to-end. realizowane w obrębie oraz na zewnątrz sieci. przy czym każda realizowana funkcja przechodzi proces autoryzacji. W warstwie uwierzytelnienia są gromadzone dane o dostępnych w sieci usługach oraz dane o użytkowniku. a także dokonuje się jego autoryzacji. Warstwa ta zawiera protokoły koordynujące wymianę informacji o użytkowniku. pomiędzy kartą USIM i domeną macierzystą. Warstwa usługowa zawiera protokoły komunikacyjne oraz odpowiednie funkcje opisujące zasady doboru tras (raute functions), przeznaczonych do transmisji danych lub informacji sterujących ze źródła do miejsca przeznaczenia.


Rys 3 Struktura warstwowa systemu UMTS. Oznaczenia: TE - urządzenia terminalu (Terminal Equipment), TM - terminal ruchomy (Mobile Terminal




Należy mieć na uwadze. że źródło lub odbiornik informacji mogą znajdować się w obrębie systemu UMTS lub też poza nim. Ponadto warstwa ta zawiera funkcje umożliwiające realizację usług telekomunikacyjnych oraz protokoły wspomagające uwierzytelnianie użytkownika. Warstwa transportowa jest odpowiedzialna za przesyłanie danych użytkownika oraz informacji sterujących pomiędzy poszczególnymi warstwami systemu. Ponadto jest ona przeznaczona do realizacji następujących zadań:
· korekcji błędów i ewentualnych retransmisji,
· szyfracji w łączu radiowym. jak również pomiędzy poszczególnymi warstwami (opcjonalnie),
· adaptacji szybkości strumienia danych (opcjonalnie).
· transkodowania. w celu poprawy efektywności transmisji danych w kanale radiowym (opcjonalnie).
Terminale UMTS
Konieczność współpracy z GSM i systemami satelitarnymi będzie wymagała opracowania terminali hybrydowych (dwupasmowych GSM/UMTS oraz terminali naziemnych/satelitarnych).
SyncML - czyli uniwersalny protokół synchronizacji danych Całkiem niedawno przyjęto że SyncML będzie obowiązywał w telefonii trzeciej generacji. Dzięki niemu będzie możliwa kompatybilność między wszystkimi usługami i urządzeniami, które będą pracowały w tym systemie. Każdy będzie mógł aktualizować swoje dane korzystając z np. internetowych kalendarzy i innych usług udostępnianych w ramach SyncML. Nie trzeba przypominać, że dzięki temu, terminale mogą się stać jeszcze bardziej uniwersalnymi urządzeniami. Tylko czekać na to, aż wszyją je nam pod skórę.
Komercyjne uruchomienie pierwszych sieci UMTS planowane jest na koniec 2001 roku a szerokie rozpowszechnienie tej technologii oczekiwane jest do roku 2005.
W Polsce UMTS ma zacząć działać w 2003 roku.
UMTS dzisiaj - technologia trzeciej generacji dostępna już w Polsce
Dzięki uruchomieniu przez PTC sieci telefonii 3G, Polska dołączyła do elitarnego klubu około 20 państw świata, w których można korzystać z sieci UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Wydarzenie to jest prawdziwym przełomem w polskiej telekomunikacji i potwierdza, że PTC sukcesywnie wyznacza nowe standardy na rynku komunikacji i łączności
Prędkość transmisji w systemie UMTS osiąga 384 Kbit/s., co zapewnia nową jakość, m.in., poprzez ofertę nowych usług multimedialnych, czy dostęp do Internetu i sieci korporacyjnych. UMTS w przyszłości pozwoli także na transmisję sygnału telewizyjnego, video konferencje oraz rozmowy przez video telefony.



W pierwszej fazie w testach bierze udział ponad 1000 klientów korporacyjnych i indywidualnych. Testy mają na celu zbadanie satysfakcji i realnych potrzeb użytkowników tak, aby umożliwić zaoferowanie najwyższego poziomu w momencie komercyjnego uruchomienia usługi. Polska Telefonia Cyfrowa jest liderem w wyznaczaniu nowych kierunków rozwoju na rynku zaawansowanych technologii mobilnych. Gotowe rozwiązanie 3G operator zaprezentował już 3 lata temu. We wrześniu 2001, podczas Krajowego Sympozjum Telekomunikacyjnego (KST) w Bydgoszczy, PTC przeprowadziła jako pierwsza na polskim rynku rozmowę poprzez sieć komórkową trzeciej generacji UMTS. Od jesieni 2001 roku do 2002 roku sieć Era realizowała testy technologiczne systemów UMTS, które wypadły pomyślnie i pozwoliły na podjęcie kolejnych działań. We wrześniu 2002, podczas kolejnego KST, przeprowadzono pomiędzy Poznaniem a Bydgoszczą pierwsze w Polsce video połączenie wykorzystując do tego technologię UMTS.
W styczniu 2004 roku podpisano porozumienie z firmą Siemens, na mocy którego firma ta zobowiązała się do dostarczenia operatorowi rozwiązania do budowy sieci UMTS w Warszawie i okolicach.

Warszawa jest pierwszym etapem w tworzeniu sieci UMTS przez PTC. Przyznana w grudniu 2002 koncesja UMTS przewiduje, że do końca 2007 roku sieć ta powinna objąć swym zasięgiem co najmniej 20% mieszkańców Polski. Inwestycje w budowę sieci UMTS zapewniają nie tylko postęp technologiczny i dostęp do najnowocześniejszych technologii, ale tworzą też wiele nowych miejsc pracy dla wysoko wykwalifikowanych specjalistów. Dodatkowo, są niezbędnym warunkiem
w procesie edukacyjnym oraz w tworzeniu nowoczesnego społeczeństwa informacyjnego.




ZASTOSOWANIE:
W porównaniu do technologii 2G (GMS) i 2,5G (GPRS, EDGE), dopiero UMTS odpowiada na potrzeby prawdziwie mobilnych abonentów. Poniższa tabela pokazuje różnice w parametrach użytkowych sieci opartych na różnych technologiach dostępu radiowego.

GSM GPRS UMTS
Przesłanie pliku tekstowego: (300 KB) 4 minuty, 16 sekund 21 sekund 1,2 sekundy
Przesłanie pliku muzycznego (5MB) 1 godzina, 12 minut 6 minut 20 sekund
Ściągniecie duzego filmu wideo (15 MB): 3 godziny, 38 minut 18 minut 60 sekund

UMTS jest uważany za jedną z najważniejszych technologii przełomu wieków, która wprowadza nową jakość - Mobilny Internet, połączenie interaktywności i personalizacji ze swobodą mobilności dla użytkownika.





Zapotrzebowanie na usługi mobilnego Internetu jest faktem - już dziś miliony abonentów wykorzystują telefony komórkowe do przesyłania pierwszych plików multimedialnych i łączenia się z sieciami danych. Według obecnych prognoz, w ciągu 3 lat liczba użytkowników mobilnego Internetu przewyższy liczbę abonentów łączących się z Siecią za pośrednictwem komputera.

Tak przełomowe zmiany w technice przenośnej telefonii otwierają przed użytkownikami sieci Trzeciej Generacji obszary zupełnie nowych usług:

Informacja i rozrywka w "komórce"
To coś innego niż "interaktywne media". UMTS zapewnia możliwość dostosowania formatu i trybu odbierania informacji do zainteresowań, potrzeb i stylu życia użytkownika. Najwyższej jakości aplikacje informacyjne i rozrywkowe są dostępne tam, gdzie abonent znajduje się w danej chwili, dzięki niespotykanym dotąd standardom transmisji danych i nowoczesnym, multimedialnym terminalom.
· spersonalizowane usługi informacyjne i edukacyjne,
· m-portale,
· przesyłanie plików tekstowych, graficznych i wideo między abonentami,
· mobilna rozrywka (muzyka i wideo na żądanie),
· przeszukiwanie stron www.


Mobilne biuro

Dostęp do firmowych zasobów informacyjnych nieograniczony okablowaniem biura. Mobilna poczta elektroniczna, wideo-konferencje, przesyłanie danych i prezentacji - każda z tych podstawowych usług w nowoczesnej firmie może być dostępna pracownikom "w ruchu".
· mobilny e-mail
· mobilne wideo-konferencje
· wirtualne sieci wydzielone (multimedialna komunikacja w firmie wg taryf lokalnych, niezależnie od miejsca przebywania pracownika)
· mobilne aplikacje specjalistyczne - dla pracowników serwisu/sprzedaży/obsługi klienta

Bezprzewodowy dom

Wykorzystanie sieci i terminali UMTS do transmisji danych oznacza również stworzenie nowego, inteligentnego środowiska w miejscu zamieszkania. Obsługa i monitoring domowych urządzeń elektronicznych nie zawsze będzie już wymagać obecności i bezpośredniej interwencji człowieka.

Samochód w łączności ze światem

Mobilny Internet to nie tylko stały dostęp dla abonenta. Również Twój pojazd nie traci kontaktu ze światem. Kierowca korzysta dzięki temu z zasobów informacji dostosowanych do potrzeb zmotoryzowanego użytkownika – z danych geograficznych, informacji meteorologicznych, stale aktualizowanych wiadomości o sytuacji na drodze. Szeroki dostęp do informacji i zoptymalizowany interfejs dla komunikacji z elektronicznymi systemami pojazdu mogą służyć bezpieczniejszej i sprawniejszej nawigacji.


Aplikacje biznesowe
Dzięki dostępnym w technologii Mobilnego Internetu standardom bezpieczeństwa, personalizacji, precyzji dotarcia i szybkości przesyłu danych, przed firmami otwiera się zupełnie nowa perspektywa rywalizacji o umysły i portfele konsumentów. Na każdym etapie - od kreowania marki i dotarcia do konsumenta z przekazem reklamowym, aż po dokonanie płatności za transakcję - Trzecia Generacja zapowiada rewolucyjne zmiany w relacji z konsumentem.

Do najważniejszych w biznesie obszarów wykorzystania Mobilnego Internetu należą:
· usługi lokalizacyjne,
· dynamiczna selekcja i definiowanie profilu usług,
· zdalne zamawianie produktów i usług,
· m-banking (usługi finansowe realizowane za pomocą przenośnych terminali),
· "mikropłatności".

UMTS też szkodzi:

Wydawać by sie mogło, że skoro "tradycyjne" komórki - zdaniem niektórych naukowców - szkodzą zdrowiu, to w aparatach "trzeciej generacji", które dopierio wchodzą na rynek - problemy te powinny zostać wyeliminowane. Być moze tak się dzieje, niemniej pojawiają się nowe informacje. Jak wykazały badania przeprowadzone w Holandii, sygnały radiowe emitowane przez sprzęt telekomunikacyjny trzeciej generacji mogą powodować nudności i bóle głowy.

Badania przeprowadził instytut TNO na wniosek trzech holenderskich ministerstw: gospodarki, zdrowia i telekomunikacji. Po raz pierwszy porównano skutki promieniowania stacji bazowych używanych w istniejących obecnie sieciach ze skutkami promieniowania stacji bazowymi trzeciej generacji. I po raz pierwszy wyniki badań są jednoznacznie: komórki 3G szkodzą.

Osobom wystawionym na działanie stacji 3G pogorszyło się samopoczucie - odczuwały mrowienie, bolała ich głowa i robiło im się niedobrze. Natomiast nie zanotowano negatywnego wpływu obecnego promieniowania. Co ciekawe, oba rodzaje stacji powodowały u badanych większą czujność - wzmacniała się pamięć i skracał czas reakcji.

Badania przeprowadzone przez TNO różnią się od wcześniejszych testów. Do tej pory skupiano się wyłącznie na skutkach używania telefonów komórkowych - sprawdzano działanie radiacji aparatu trzymanego tuż przy uchu. Tym razem skupiono się na stacjach bazowych: obniżono poziom promieniowania tak, by odzwierciedlał średnie wartości dozwolone w komercyjnych sieciach 3G. Ponadto uczestnicy testów nie wiedzieli czy i kiedy są poddawani promieniowaniu.

Przedstawiciele ministerstw uczestniczących w badaniach zapowiedzieli, że badania będą kontynuowane, a ich wyniki zostaną omówione przez Komisję Europejską.

Informacje zaczerpnięte z:
www.ericsson.com
www.telefon.gsm.pl
www.mobile.net.pl
http://home.elka.pw.edu.pl