Duomenų perdavimas mobiliaisiais tinklais nuolat tobulėja, siekiant užtikrinti kuo didesnį greitį ir patikimumą. Nuo ankstyvųjų 2G technologijų iki šiuolaikinių 5G sprendimų, kiekviena karta atnešė reikšmingus pokyčius. Šiame straipsnyje nagrinėsime duomenų perdavimo spartos evoliuciją, skirtingas technologijas ir veiksnius, turinčius įtakos ryšio kokybei.
2G technologijos: CSD ir HSCSD
Pirmosios duomenų perdavimo technologijos tradiciniuose 2G GSM tinkluose buvo CSD (Circuit Switched Data) ir HSCSD (High Speed Circuit Switched Data). CSD technologija naudojo laikinio vieno kanalo (TS) simetrinį sujungimą, kurio duomenų perdavimo sparta siekė 9,6 kbps. Nors GSM tinklas gerai perduoda balsą, duomenims jis nebuvo idealus dėl ilgo ryšio nustatymo laiko (nuo 10 iki 45 sekundžių) ir kanalo užimtumo net ir nenaudojant duomenų. CSD kanalo vėlinimas (RTT) siekė apie 1000 ms.
HSCSD technologija žymiai padidino duomenų perdavimo spartą, leidžiant naudoti iki keturių laikinių intervalų vienos sesijos metu. Naudojant naują duomenų kodavimo schemą, sparta vieno GSM laikinio intervalo metu padidėjo nuo 9,6 kbps iki 14,4 kbps. Šios technologijos diegimas į tinklą buvo gana paprastas ir nereikalavo didelių sąnaudų. HSCSD siūlė tiesioginį (transparent) ir netiesioginį (non-transparent) ryšį, panaudojant grandinių perjungimo galimybes. Tačiau pagrindinis šios technologijos trūkumas, kaip ir CSD, buvo tai, kad kanalai buvo rezervuojami visam sujungimo sesijos laikui, nepriklausomai nuo to, ar duomenys buvo perduodami. Dėl to ši technologija neefektyviai naudojo tinklo išteklius, o apmokėjimas buvo taikomas ne už duomenų kiekį, bet už naudojimo trukmę.
GPRS: Paketinio duomenų perdavimo era
GPRS (General Packet Radio Service), populiariai vadinama 2,5G technologija, pakeitė grandinių perjungimo principą paketinio duomenų perdavimo modeliu. Tai leido efektyviau naudoti tinklo išteklius, nes duomenys buvo perduodami paketų forma, o kanalai nebuvo rezervuojami visam laikui. GPRS struktūrinę schemą sudaro du esminiai blokai: SGSN (Serving GPRS Support Node) ir GGSN (Gateway GPRS Support Node). SGSN tvarko duomenų paketų maršruto parinkimą, perdavimą, vartotojų padėties nustatymą ir identifikavimą. GGSN sujungia GPRS tinklą su kitais duomenų perdavimo tinklais, tokiais kaip internetas.
GPRS, kaip ir GSM, naudojo kombinuotus dažnio (FDMA) ir laiko (TDMA) dalijimo būdus. Moduliavimui naudotas GMSK. Duomenų perdavimui GPRS sistemoje naudojami tie patys dažniai kaip ir GSM: 890-915 MHz (uplink) ir 935-960 MHz (downlink). Išskiriami 124 kanalai po 200 kHz. GPRS loginių kanalų struktūra primena GSM, skiriant apkrovos (TCH) ir valdymo (SDCCH) kanalus. TAIŠ (Packet Data Traffic Channel) naudojamas duomenų perdavimui, o PBCCH (Packet Broadcast Control Channel) - vienkrypčiam ryšiui.
GPRS technologijoje duomenys perduodami priklausomai nuo ryšio sąlygų, naudojant vieną iš 4 kodavimo schemų (CS-1, CS-2, CS-3, CS-4). CS-1 užtikrina sujungimą bet kokiomis sąlygomis, CS-2 yra tinkamiausia duomenims perduoti, o CS-3 ir CS-4 užtikrina didžiausią spartą esant geram signalo kokybei. Praktiniai kodavimo schemų pasiskirstymo matavimai parodė, kad CS-4 schema dažnai naudojama duomenims perduoti plačiame signalų lygių diapazone, ypač esant iki 2 km atstumui tarp bazinės ir mobiliosios stoties.
Mobilieji GPRS terminalai skirstomi į klases pagal tai, kiek laikinių intervalų (TS) jie gali naudoti informacijos siuntimui ir gavimui. Ankstesni modeliai dažniausiai priklausė 4-tai klasei, o šiuolaikiniai - 8-tai ar 10-tai. Taip pat skiriamos A, B ir C klasės terminalai pagal tai, ar jie gali vienu metu naudotis GPRS ir GSM paslaugomis. Vienas fizinis kanalas sudarytas iš 8 TS laikinių kanalų, kurie gali būti dedikuoti balsui (CS), rezervuoti duomenims (R), arba dinamiškai priskiriami (SW). SW TS dažnai naudojami duomenų perdavimui, tačiau esant dideliam balso poreikiui jie automatiškai persijungia į CS kanalus, suteikiant balsui aukštesnį prioritetą.
EDGE ir UMTS: Sparčiai judant link 3G
GPRS technologijos patobulinimas - didesnės spartos paketinio duomenų perdavimo technologija EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution). Kitas svarbus etapas - 3 kartos mobiliojo ryšio UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) technologija, leidžianti pasiekti kur kas didesnius greičius. UMTS veikia 900 MHz ir 2100 MHz dažniais ir leidžia pasiekti didesnę spartą nei 2G technologijos.
4G/4G+ ir 5G: Šiuolaikinės ryšio galimybės
4G/4G+ ryšys suteikia maksimalią teorinę spartą iki 600 Mbps, o praktiškai vartotojai patiria apie 30-80 Mbps vidutinį greitį. 5G ryšys - naujos kartos technologija, dirbanti 700 MHz, 2,3GHz ir 3,5GHz dažnių ruožuose, leidžianti pasiekti daugiau nei 3 Gbps spartą ir užtikrinanti mažesnį nei 10 ms vėlinimą. Ši technologija skirta ne tik spartesniam duomenų perdavimui, bet ir daiktų internetui, autonomiškam vairavimui bei pažangiam vaizdo perdavimui.
Pralaidumas ir jo reikšmė
Pralaidumas yra vienas svarbiausių rodiklių, apibūdinančių duomenų perdavimo sistemos gebėjimą. Analoginėje signalų sistemoje jis vadinamas dažnių juostos pločiu ir išreiškiamas Hertz (Hz). Skaitmeniniuose įrenginiuose pralaidumas reiškia duomenų kiekį, kuris gali praeiti per nuorodą per vieneto laiką, paprastai išreiškiamas bitais per sekundę (bps). Baudės sparta (baud) reiškia signalo pokyčių arba simbolių skaičių per sekundę, ir skiriasi nuo bitų spartos. Paprastose dvejetainėse sistemose 1 baudas = 1 bitas/s, tačiau naudojant pažangų kodavimą, bitų sparta gali būti didesnė nei baudės sparta.
Didžiausia tinklo kanalo talpa, išreikšta bitais per sekundę (bps), yra kritinis veiksnys. Pralaidumą įtakoja daugybė veiksnių: tinklo įranga, topologinė struktūra, duomenų tipas, vartotojų skaičius, kliento ir serverio pajėgumai, bei aplinkos sąlygos. Nuolatinis interneto vartojimo augimas ir naujų technologijų atsiradimas kelia vis didesnius reikalavimus interneto pralaidumui.
| Ryšio Tipas | Dažnis | Teorinis Greitis | Praktinis Greitis |
|---|---|---|---|
| 2G (GPRS) | 900 MHz | 80 kbps | N/A |
| 2G (EDGE) | 900 MHz | 240 kbps | N/A |
| 3G | 900 MHz, 2100 MHz | N/A | N/A |
| 4G | N/A | N/A | Apie 30 Mbps |
| 4G+ | N/A | 600 Mbps | Apie 80 Mbps |
| 5G | 700 MHz, 2,3GHz, 3,5GHz | 3 Gbps | N/A |
Veiksniai, įtakojantys duomenų perdavimo spartą
Duomenų perdavimo sparta priklauso nuo daugelio veiksnių. Viena svarbiausių yra naudojama kodavimo schema, kurią parenka RLC protokolas priklausomai nuo duomenų tipo, radijo kanalo charakteristikų ir triukšmų lygio. Didžiausią įtaką turi C/I (signalo/triukšmo) santykis: kuo jis didesnis, tuo aukštesnė kodavimo schema pasirenkama.
Duomenų kanalo pralaidumas priklauso ne tik nuo celės konfigūracijos, bet ir nuo balso bei duomenų vartotojų skaičiaus. Taip pat svarbus naudojamo mobilaus telefono tipas, tiksliau - jo MS klasė, kuri lemia, kiek kanalų telefonas gali naudoti informacijai perduoti. Idealiomis sąlygomis, naudojant CS-4 kodavimo schemą ir visus galimus kanalus, galima pasiekti didelę spartą, tačiau realiomis sąlygomis ji dažnai būna šiek tiek mažesnė dėl tarnybinės informacijos, tinklo apkrovimo ir kitų veiksnių.
Atliekant matavimus, svarbu atsižvelgti į tai, kad reali sparta visada bus mažesnė už didžiausią teorinę, nes prie siunčiamo failo pridedama tarnybinė informacija. Programinė įranga, tokia kaip DU Meter, OnlineEye Pro, ir kitos, padeda tiksliai įvertinti duomenų spartą ir apskaitą, tačiau jų tikslumas gali skirtis.
Ryšio technologijų raida nuo 2G iki 5G nuolat didina duomenų perdavimo spartą ir mažina vėlavimą, atveriant naujas galimybes vartotojams ir verslui. Nuo CSD technologijos, kurios sparta siekė vos 9,6 kbps, iki 5G, galinčio pasiekti gigabitus per sekundę, kelias buvo ilgas ir kupinas inovacijų.