شبکه هاي بي سيم مولتي مديا
دو تکنولوژي،باعث بروز تغييرات عمده رفتاري در دسترسي مردم به مخابرات و اطلاعات شده است: اينترنت و مخابرات سيار.
مردم مي خواهند بدانند که چگونه اين دو تکنولوژي به تکامل رسيده و ارتباطات سيار را به نسل بعدي خود( 4G) سوق خواهند داد.
از سيستم هاي ابتدايي که در سالهاي 1980 بوجود آمدند، تا انتهاي دهه اخير، ارتباطات سيار عمدتاً» براي انجام مخابرات صوتي از نوع circuit-switched و ندرتاً» به منظور برقراري ارتباط داده با پهناي باند کم، مورد استفاده بوده است. حرکت به سمت شبکه هاي بي سيم که از ترافيک چند رسانه اي پشتيباني مي کند چالشهاي جديدي را در زمينه طراحي و گسترش زيرساخت هاي شبکه اي اعمال کرده است. يکي از مهمترين اين چالش ها حصول اطمينان از کيفيت سرويس( Quality Of Service) متناسب براي مشترياني است که سرويس در اختيار آنها قرار دارد.
بطور کلي، سرويسهاي چند رسانه اي به چهار کلاس QoS دسته بندي مي شوند:
- داده با تأخير کم از نوع connection-oriented
- داده با تأخير کم از نوع connection-oriented و نرخ بيت متغير
-long constrained delay connectionles
- unconstrained delay data-best effort connectionles
هرکدام از اين طبقه بندي هاي QoS متناظر با يک نوع خاص از سرويسهاي چندرسانه اي مي باشد.براي مثال، داده با تأخير کم و connection oriented معمولاً» مربوط به تلفن ويدئويي ( video telephony) يا ويدئو کنفرانس( video conferencing) مي باشد. براي ايجاد اين کلاسهاي QoS، موانع فني کليدي مانند کمبود پهناي باند، پوشش محدود و کانالهاي راديويي مزاحم، مي بايست مرتفع گردند. قوانين و اصولي که راه حلهاي عملي براي رفع اين عوامل محدوديت زا را شکل مي دهند در راهند. اين مقاله، به بحث درباره اين موارد و راه حلهاي احتمالي آنها مي پردازد. با اينحال، قبل از پرداختن به اين موارد، مروري مختصر بر انواع رايج ارتباطات در جامعه خواهيم داشت.
با هر تغيير يا جهش در نوع ارتباطات، چه از ارتباطات شفاهي به نوشتاري، يا از چاپ به ارتباطات الکترونيک، تأثيرات شگرفي بر ارزشها و اعتقادات جوامعي که بخشي از اين تغيير و تحول ارتباطي بودند، پديد آمده است. اين مطلب، امروزه و نيز طي انقلاب پروتستان( Protestan revolution) به وضوح به چشم مي خورد. براي مثال، ما امروزه با جامعه اي مواجه هستيم که داراي طبيعت جهاني تري است که علت آن وجود ارتباطات سريعي است که توسط اينترنت و تکنولوژي مخابرات محقق شده است. ارتباطات سريع همچنين نياز به رضايت سريع را در تمامي جنبه هاي وجودي انسان به بار آورده است.
تغييرات پديد آمده در جامعه که ناشي از تغيير در نوع ارتباطات هستند تحت عنوان تئوري تعادل( medium theory) گردآوري شده اند. اين تئوري بطور کلي بيان مي کند که تغيير در نوع ارتباطات، تأثيرات مهمي بر تکامل اجتماعي و ارزشها و اعتقادات جوامع دارند. اين بدين دليل است که ارتباطات از چنان اهميتي در حيات انسان برخوردار است که بروز يک تغيير در نحوه ارتباطات مي تواند منجر به تغيير در توزيع قدرت، طبيعت و شخصيت فردي و درک اجتماعي در يک جامعه گردد.
عليرغم پيشرفت قابل ملاحظه اي که در جبهه تکنولوژي صورت گرفته، هنوز هم چالشهاي تکنولوژيکي وجود دارند که در مسير اين همگرايي قرار گرفته اند. براي درک اين چالشها، مرور وضعيت فعلي برنامه هاي کاربردي در شبکه هاي بي سيم اجتناب ناپذير است.
عليرغم بهبودهاي حاصل شده در کيفيت صوت و ظرفيت، نسل دوم پيشرفت هاي اندکي در قابليت حمل داده نسبت به نسل اول داشته است. سيستمهاي آنالوگ نسل اول، نرخ بيت داده اي برابر با تقريباً 9.6Kbps ارائه مي نمودند. سيستم هاي ديجيتال نسل دوم اين نرخ را تنها تا ميزان 14Kbps افزايش دادند، اگرچه ضريب اطمينان سيستمهاي خيلي بهتر از سيستمهاي آنالوگ مي باشد. روش انتقال circuit-switched، هم در نسل اول و هم در نسل دوم تکنولوژي هاي بي سيم مورد استفاده قرار گرفت. اين حالت انتقال، منابع کانال را طي مدت برقراري ارتباط به کاربر اختصاص مي دهد، خواه کاربر داده اي براي ارسال داشته باشد يا خير. اين حالت، هنگامي که طبيعت داده بصورت bursty مي باشد از کارآيي خوبي برخوردار نيست.
با نرخ داده پايين موجود در سيستمهاي نسل اول و دوم، تنها ارسال ساده داده ها ممکن مي باشد. تنها ايميل بدون پيوست، پيامهاي متني و کاربردهاي داده اي ساده براي انتقال در سيستمهاي بي سيم نسل اول و دوم مناسب هستند. ويدئو استريم( streaming video) ويدئو تلفن( video telephony) و ديگر کاربردهايي که نياز به نرخ داده بالا و تأخير ( latency) پايين دارند توسط نسل اول و دوم تکنولوژي هاي بي سيم پشتيباني نمي شوند.
پيکربندي نمونه شبکه هاي بي سيم، چه نسل اول و چه نسل دوم، از ايستگاههاي پايه راديويي( radio base station)، کنترلر ايستگاه پايه ( base station controller) و مراکز سوئيچ الکترونيک تشکيل مي گردد. اين المان ها به سرورهايي متصل هستند که شبکه بي سيم را به توليدکنندگان يا ذخيره کننده هاي محتوي متصل مي کنند. انواع ابتدايي محتواي کاربردي عبارتند از اخبار اقتصادي و قيمت سهام، اطلاعات لاتاري( lottery)، کوئيزها و پازل ها، بازي هاي تعاملي ساده، ابزارهاي مديريت اطلاعات شخصي و بسياري ديگر. متن از ابتدايي ترين انواع محتوي به شمار مي آيد، اما صوت نيز به صورت موسيقي و تصاوير ساده موجود مي باشد. ويدئو تلفن واقعي به شکل ارتباط دوطرفه زمان حقيقي( realtime) بصورت تجارتي موجود نمي باشد. محدوديت يا مانع اصلي در اين مورد، ظرفيت نرخ داده در تکنولوژي هاي اينترفيس راديويي( air interface) بود. موانع ديگري نيز وجود داشتند، اما قابليت ها يا محدوديت هاي اينترفيس راديويي از چالش برانگيزترين آنها به شمار مي آمدند.
تکنولوژي هاي نسل سوم بي سيم، نرخ بيت لازم براي انتقال محتويات چند رسانه اي مانند گرافيک با تفکيک بالا و محتواي ويدئويي را فراهم مي کنند. تفاوت اصلي ميان ساختارهاي نسل دوم با نسل سوم( که امکان انتقال چند رسانه اي را فراهم کرده است)، در نرخ داده اينترفيس راديويي و ستون فقرات انتقال( transport backbone) که همگي عناصر شبکه را به هم متصل مي کند، نهفته است.
شبکه هاي بي سيم سيار امروزي از روشهاي مدولاسيون ساده اي استفاده مي کنند که بيت ها را بر روي حامل ( carrier) فرکانس راديويي سوار مي کنند. اين روشهاي مدولاسيون تنها تعداد معيني بيت - بر- هرتز را بر روي کارير فرکانس راديويي قرار مي دهند و بدين ترتيب ميزان اطلاعاتي که مي توان از منبع به مقصد انتقال داد را محدود مي نمايند. شبکه هاي بي سيم نسل سوم از روشهاي مدولاسيون بسيار پيچيده اي بهره مي گيرند که ميزان بيت- بر- هرتزي که مي توان بر روي حامل فرکانس راديويي سوار کرد را افزايش مي دهند. اينگونه روشهاي مدولاسيون نسل سوم امکان انتقال محتواي چند رسانه اي و برنامه هاي چند رسانه اي را در شبکه هاي بي سيم سيار فراهم مي آورند.
شبکه هاي بي سيم نسل دوم از پروتکلهاي ويژه سازنده( که معمولاً اختصاصي هستند) براي اتصال اجزاء مختلف شبکه به يکديگر و نيز اتصال شبکه هاي بي سيم به توليد کنندگان محتوي استفاده مي کنند. اين پروتکل هاي اختصاصي، شبکه را به شدت به امکانات، عملکرد و کاربردهاي آن وابسته مي کنند و بدين ترتيب اجراي فوري امکانات، عملکردها و کاربردهاي جديد را شديداً محدود مي نمايند. شبکه هاي بي سيم سيار نسل سوم از يک پروتکل استاندارد براي اتصال اجزاي مختلف شبکه به يکديگر بهره مي برند. خصوصاً، از پروتکل اينترنت( Internet Protocol-IP) براي حمل ترافيک در شبکه هاي بي سيم سيار استفاده خواهد شد. اين پروتکل انتقال، فراگير بوده و در همه جا کاربرد دارد. بسياري از دستگاه هاي شبکه اي ديگر وجود دارند که IP را پشتيباني مي کنند. علاوه بر اين، قابليتهاي ديگري هم براي IP ايجاد شده است که ايمني، استحکام و ظرفيت انتقال داده آن را بهبود مي بخشند. تفاوت ديگر بين شبکه هاي بي سيم، چه نسل سوم و چه نسل چهارم، در گرايش لايه اي( layered) مورد استفاده در شبکه هاي امروزي است.
شبکه هاي سيار که طي دهه گذشته طراحي شده اند از يک روش بسيار لايه اي و مدولار پيروي مي کنند. اين روش، ارتباط بين لايه ها و نيز تغيير و گسترش شبکه ها را آسان مي کند. متأسفانه، اين روش لايه اي تمايل به محدود کردن قابليت شبکه در تطبيق و تنظيم خود با طبيعت متغير با زمان محيطهاي راديويي دارد. روش لايه اي با ايجاد مزاحمت در ارتباط بين لايه هايي که نمي توانند مستقيماً با يکديگر اينترفيس شوند اين مشکل را بوجود مي آورد. لازم است که شبکه هاي بي سيم آينده از لحاظ ارتباط بين لايه ها، منعطف تر باشند. اين نکته از اهميت زيادي براي انتقال کاربردهاي چند رسانه اي در محيط راديويي شبکه هاي بي سيم سيار، برخوردار است.قابليت دسترسي به چند رسانه اي ديجيتال در نتيجه بروز پيشرفتهاي اساسي در تاريخچه رسانه هاي ديجيتال افزايش پيدا کرده است، مخصوصاً پيدايش ديسک ليزري، اينترنت و مرورگر وب. اين تکنولوژي ها امکان دسترسي به رسانه ديجيتال را خيلي ساده کرده اند.
طي چند سال اخير، ميل به دسترسي به چند رسانه اي درهمه جا و همه وقت با پيدايش شبکه هاي بي سيم سيار افزايش يافته است. اين باعث افزايش تحقيقات و توسعه در تعدادي از زمينه هاي شبکه هاي بي سيم سيار شده است که علت آن تقاضاي اعمال شده به شبکه هاي بي سيم توسط کاربردهاي چند رسانه اي بوده است. اين زمينه هاي تحقيقي در اين مقاله مورد بررسي قرار خواهند گرفت. در ابتدا بحثي درباره کاربردهاي مختلف چند رسانه اي ضروري است، چرا که همين کاربردها هستند که باعث پيدايش نياز به تحقيق و توسعه در اين زمينه هاي کليدي مي گردند.
صوت، روش طبيعي ارتباط ميان انسانها است. شبکه هاي بي سيم سيار همچنان براي ارتباط صوتي شخص به شخص مورد استفاده قرار خواهند گرفت. معذلک، رايانه ها و پايگاههاي داده با زبان صفر و يک، يعني زبان ديجيتال، با يکديگر ارتباط برقرار مي کنند. شبکه هاي بي سيم سيار مي بايست قادر به تبديل صوت به حالت ديجيتال باشند تا بتوانند اطلاعات را دريافت و پردازش نمايند. سرويسهاي صوتي مانند تشخيص گفتار( vice recognition)، فعال سازي توسط صوت( voice activation) امروزه در دسترس بوده و با بهبودهاي تکنولوژي کاربرد بيشتري خواهند يافت. در حقيقت، پياده سازي موفق راه حلهاي اينترنتي بي سيم، به ميزان هماهنگي تکنولوژي هاي صوتي با کاربردها و سرويسها بستگي دارد.انتظار مي رود که پيشرفتهايي در دهه آينده، در زمينه تکنولوژي کدگذاري صوتي صورت پذيرد و باعث کاهش هرچه بيشتر بارگذاري بر روي شبکه هاي بي سيم گردد.
اگرچه SMS داراي طول پيام محدودي مي باشد، در زمينه ها متعددي کاربرد دارد:
- پيام رساني ساده شخص به شخص: بيشتر توسط صفحه کليد گوشي ايجاد مي شود، اما از طريق رايانه و توسط مرورگرهاي اينترنتي و ديگر برنامه ها نيز توليد مي شود.
-پيام رساني عمومي: اعلام دريافت ايميل و فاکس، ارسال ايميل و فاکس، پيام رساني يکپارچه( unified messaging) و پيجينگ( paging)
- سرويسهاي اطلاع رساني عمومي: قيمت سهام و ارز، برنامه حرکت هواپيماها، قطارها، سرگرمي ها، اخبار آب و هوا و ورزش، و آگهي هاي تبليغاتي.
- سرويسهاي اطلاع رساني خصوصي: عمليات بانکي سيار، صورتحساب، خدمات مشتريان و نظارت از راه دور.
- تجارت سيار: پايانه هاي فروش( point of sale)راه دور يا سيار، دستگاههاي فروش خودکار و توزيع کوپن هاي تخفيف.
سرويس پيام کوتاه در مقايسه با سرويسهاي ديگر از نظر درآمد به ازاي واحد پهناي باند مصرفي، در رده اول قرار مي گيرد( حتي قبل از سرويسهاي صوتي) سرويسهاي داده ديگر نسبت به سرويس صوتي از درآمد کمتري به ازاي پهناي باند مصرفي برخوردارند. اين يک کاربرد بسيار کارآمد بي سيم سيار است که به رشد خود ادامه خواهد داد، مخصوصاً در آمريکاي شمالي، که از ميزان استفاده و ضريب نفوذ کمي برخوردار است.
اين نوع ارتباط به نام اتباط circuit-switched شناخته مي شود . يک ارتباط circuit-switched در طي زمان يک مکالمه تمام منابع لازم را حفظ مي کند. اين نوع ارتباط براي دانلود کردن فايلهاي بزرگ و ديگر انواع داده که داراي طبيعت bursty نيستند، مناسبتر است. برنامه هايي که با ارتباطات circuit-switched به خوبي کار مي کنند فايلها را براي مشاهده آتي( بصورت آفلاين) دانلود مي کنند. اين فايلها ممکن است بصورت متن، صوت و يا تصويري( ويدئويي) باشند.
چيزي که اين دسته از سرويسها را از انواع ديگر متمايز مي کند اين است که انتقال داده تقريباً بطور کامل يکطرفه و پيوسته است: به شدت نامتقارن. لازم نيست که سمت گيرنده تمامي فايل را قبل از ارائه به کاربر دريافت کند. معذلک، شرايط سختي براي تغييرات در تأخير داده ها حکمفرماست. اگر اين سرويس يک سرويس چند رسانه اي باشد، هيچگونه لغزشي نبايد مابين اجزاء آن وجود داشته باشد. عدم وجود تعامل ميان دو انتهاي ارتباط وجود تأخيرهاي انتقال طولاني را مجاز مي سازد. اين امر بنوبه خود باعث ساده تر شدن تحويل يک استريم داده( data stream) که تغييرات تأخير در آن پايين است به برنامه کاربردي مي شود.
کاربردهاي نامتقارن معمولاً در دسته بندي نوع يکي- به همه( one-to-many) جاي مي گيرد. سرويسهاي Multicast از قبيل پخش برنامه ها و سرويسهاي اطلاع رساني زير مجموعه اين دسته هستند. با رواج روزافزون انواع محتوي، صوتي و تصويري، در اينترنت، اين سرويسهاي streaming روز به روز رايج تر مي شوند. بعلاوه، با گنجاندن قابليت MP3 در تلفنهاي سيار امروزي، صنعت ارتباطات بي سيم بخشي از بازار pay-per-view TV را به خود اختصاص مي دهد و کاربران را قادر مي سازد تا موسيقي و فيلمهاي مورد علاقه خود را در هر کجا و هر زمان که بخواهند ببينند و بشنوند.
احتمالاً کاربردهاي چند رسانه اي، پرطرفدارترين سرويسهاي بي سيم در انقلاب تکنولوژي بي سيم نسل سوم و چهارم خواهند بود. سرويسهاي چند رسانه اي را مي توان به سه نوع يا طبقه از سرويسهاي چند رسانه اي دسته بندي کرد:
high multimedia, medium multimedia و intercative high multimedia از اين سه دسته، فقط نوع intercative multimedia به ارتباطات نوع circuit switched احتياج دارد. دو نوع ديگر مي توانند از ارتباطات نوع pocket استفاده کنند. ضريب عدم تقارن medium و high multimedia از 40 تا 100 متغير است. معمولاً نوع intercative multimedia طبيعي متقارن دارد.
از نظر سرعت، هرکدام از انواع سرويسهاي چند رسانه اي هم در ارسال ( uplink) و هم دريافت( downlink) به پهناي باند کاربر متفاوتي نياز دارند.
هرکدام از سرويسهاي گفته شده در بالا دسترسي به اينترنت و امکان برقراري ارتباط را در هر کجا و هر زمان براي کاربر ممکن مي سازند. اين سرويسها، که توسط زيرساخت شبکه فعال مي شوند، منابع و objectهاي اطلاعاتي را بدون نياز به دخالت کاربران، براي آنها مشخص و قابل دسترسي مي نمايد e-media, e-jacket, e-Pen, E-book و ليست بلند بالاي « communicating objects» لحظه به لحظه طولاني تر مي شود. تحويل اطلاعات بر مبناي اخباري که به محيطهاي خصوصي تزريق مي شوند، بنا نهاده مي شود.
سه زمينه وجود دارد که مي تواند کارايي ارائه سرويسهاي چند رسانه اي توسط شبکه هاي بي سيم را بهبود بخشد: همخواني بين شبکه هاي بي سيم مختلف، انتقال اطلاعات بطور هوشمند و مبتني بر ناحيه( location-based) و انتقال کارآمد اطلاعات توسط اينترفيس راديويي( air-interface).
تکنولوژي هاي بي سيم متعددي وجود دارند که جهت فراهم نمودن ارتباطات در هر لحظه و هر مکان درون خانه يا ادارات مناسب هستند. اين تکنولوژي ها براي محيطهاي بزرگتر که به قابليت جابجايي بيشتري نياز دارند، چندان مناسب نيستند. اين بيشتر به دليل برد محدود آنهاست.سيستمهاي سلولار نسل دوم و سوم براي اينگونه محيطها مناسبترند.براي فراهم کردن بستري براي ارتباطات در هر لحظه و هر مکان، وجود وسيله اي براي ايجاد ارتباط ميان اين شبکه هاي متفاوت ضروري است.
براي بهره گيري از دسترسي بي سيم که توسط تکنولوژي هاي خانگي و اداري ارائه مي شوند و نيز تکنولوژي هاي بي سيم نسل دوم و سوم، به يک services gateway نياز داريم. يکي از اين تکنولوژي ها، پروتکل open services gateway initiative(OSGI) است. اين پروتکل gateway، سرويس دهندگان و برنامه سازان را قادر مي سازد تا سرويسها و دستگاههاي شبکه اي درون خانه اي( in-home) و درون اداره اي( in-office) را پياده سازي و مديريت کنند.
service gateway امکان ايجاد سرويسهاي هوشمند و مديريت آنها از راه دور را توسط کاربر نهايي( end-user) و اشخاص ثالث فراهم مي کند. اين نوع مديريت اين فرصت را پديد مي آورد که بسته هاي خدماتي ( service packages) تهيه و دراختيار کاربر نهايي قرار گيرند. سرويس دهندگان مي توانند برنامه ريزي، پيکربندي و تهيه صورتحساب براي اين سرويسها را بدون هيچگونه دخالتي از طرف کاربر نهايي بر عهده گيرند. علاوه بر اين، اين gateway داراي تکنولوژي تشخيص مکان ( location discovery) مي باشد تا شبکه ها بتوانند هميشه از موقعيت مکاني کاربر آگاه باشند. به همين ترتيب، دستگاهها و سرويسهاي جديد نيز که توسط تکنولوژي هاي نوين ايجاد مي شوند بلافاصله در اختيار کاربران قرار مي گيرند. به محض اين که کاربر از محيط خانه به محيط macrocellular( محيطي سلولار در مقياس بزرگتر) و سپس به محيط اداري وارد مي شود، ارتباط او بطور مطمئن و مستمر توسط gateway حفظ مي شود. کاربر هيچگاه نيازي به دانستن اين که دسترسي از يک شبکه به شبکه اي ديگر انتقال داده شده، نخواهد داشت.
انتقال پيام بر مبناي موقعيت مکاني
قابليت هاي location-based از مهمترين و متمايزترين خصايص سرويسهاي داده سيار و اينترنتي است. از نقطه نظر بازاريابي، دانستن هويت فرد، موقعيت مکاني او و آنچه که او بدان علاقه دارد در هر لحظه از زمان از اهميت فوق العاده اي برخوردار است. سرويسهاي location-based با تکنولوژي push ترکيب گشته و درآمد قابل ملاحظه اي را ايجاد مي کنند. برخي از کاربردهاي عمده از اين دست عبارتند از ردگيري سرمايه ها و نيروي کار، هدايت مشترکين به نقاط مقصد، اطلاع رساني اخبار، ارزش سهام و اطلاعات محصول براساس مکان مشترک. از نظر تکنولوژيکي، راه حلهاي فني متعددي وجود دارد. سيستمهاي GPS از سيستم موقعيت يابي جهاني( Global Positioning System) براي مشخص کردن موقعيت مشترک استفاده مي کنند. به همين منظور، تلفن مشترک داراي يک گيرنده GPS داخلي مي باشد. اطلاعات GPS که توسط گيرنده GPS دريافت مي شوند به يک سرور ارسال مي گردند تا موقعيت مکاني دقيق مشترک مشخص گردد. زاويه دريافت، روشي است که در آن از گيرنده هاي موجود در سرتاسر يک شبکه، براي محاسبه موقعيت يک مشترک براساس زاويه دريافت سيگنال توسط مشترک، استفاده مي شود Time Distance of Arrival(TDoA) يا فاصله زماني دريافت، اختلاف زماني دريافت سيگنال مشترک و گيرنده هاي متعددي که در سيستم وجود دارند را محاسبه مي نمايد. سيستم GPS ظاهراً دقيق ترين تکنولوژي مکان يابي در ميان تکنولوژي هاي ديگر است. سرويس دهندگان CDMA سيستم GpS را برگزيده اند، در حاليکه سرويس دهندگان TDMA و GSM نوعي روش مبتني بر اختلاف زماني را انتخاب کرده اند. گذشته از نوع تکنولوژي مورد استفاده براي سرويسهاي location-based، دانستن موقعيت مشترک امکان انتقال اطلاعات را در سطح شخصي و با کارآيي بسيار بهتر فراهم مي نمايد، زيرا اين اطلاعات ديگر به نقاطي که کاربر در آنجا حضور ندارد ارسال نخواهند شد. معذلک، اين تکنولوژي مسائل متعددي در مورد حريم خصوصي را برانگيخته است که مي بايست حل شوند. براي مثال، چگونه مي توان موقعيت مکاني مشترک را از دسترس کساني که ممکن است از اين اطلاعات براي صدمه زدن به او استفاده کنند حفظ نمود؟
هرکدام از اين موانع محدود کننده تحت توجه خاص محافل تحقيقاتي قرار دارند. تکنولوژيهاي نوين و نيز پيشرفتهاي مستمر در تکنولوژيهاي کنوني، در حال بررسي هستند. با اينحال احتمال اين نيز وجود دارد که نه تکنولوژي هاي نوين و نه پيشرفتهاي حاصله در تکنولوژيهاي فعلي قادر به ارائه يک راه حل کامل باشند. در عوض، هر دوي اين تکنولوژيها نقش اساسي در اطمينان از اينکه کاربر بي سيم تجربه رضايت بخشي داشته باشد ايفا مي کنند.
QAM تا 512 بيت به ازاي هر سمبل( bit per symbol) آزمايش شده است. اين سطح بسيار بالايي از bit-packing است و در حال حاضر فقط در سيستمهاي نقطه به نقطه ( point-to-point) مانند سيستمهاي انتقال مايکروويو عملي مي باشد. به دليل تغييرات سريع محيط راديويي، سيستمهاي عملي QAM که در شبکه هاي بي سيم به کار مي روند از سطح بسيار پايينتري از bit-packing استفاده مي کنند، که در حدود 16 بيت به ازاي هر سمبل مي باشد. بدون وجود بعدي ديگر در فشرده سازي اطلاعات در فرايند مدولاسيون، افزايش بيشتر تعداد بيتها به ازاي هر قطعه از طيف کار دشواري است.
با اين حال، تکنيکهاي جديدي براي افزايش هرچه بيشتر بازدهي طيفي ايجاد شده اند. در اولين روش، اطلاعات محيط راديويي مشترک براي ارسال داده ها با استفاده از کارآمدترين روش مدولاسيون مورد استفاده قرار مي گيرد و بدين ترتيب روش مدولاسيون با محيط راديويي تطبيق مي يابد. براي مثال، اگر کاربر در يک محيط راديويي با پوشش قوي قرار داشته باشد، سيستم تطابقي( adaptive) سعي مي کند تا اطلاعات را بوسيله روش مدولاسيوني که بيشترين ميزان bit-packing را دارد ارسال کند. بالعکس، اگر کاربر در محيط راديويي با پوشش ضعيف قرار گرفته باشد، سيستم اطلاعات را با روش مدولاسيوني که bit-packing کمتري دارد ارسال مي کند. مدولاسيون تطبيقي(adaptive modulation) با تطبيق دادن خود با طبيعت متغيربا زمان محيط راديويي بازدهي طيفي را افزايش داده و با عدم تلاش براي ارسال داده با نرخي که به خاطر شرايط محيطي غيرممکن است، جلوي اتلاف منابع شبکه را مي گيرد.
حتي با استفاده از مدولاسيون درجه بالا و مدولاسيون تطبيقي، ميزان بازدهي طيفي قابل حصول در محيط راديويي سيار هنوز تا حدي محدود بود. هنوز هم فقط در يک حالت مجانبي( asymptotic) و از طريق فرايند bit-packing مي توان به حد شانون( Shannon`s limit) نزديک شد. با اين همه، تکنولوژي ظهور يافت، به نام Multiple-Input-Multiple-Output(MIMO) به معني چند ورودي چند خروجي. با اين که اين تکنولوژي في نفسه يک تکنولوژي مدولاسيون به شمار نمي آيد، با بهره گيري از طبيعت بشدت متغير با زمان محيط راديويي بي سيم سيار، حد شانون را مي شکند. اين کار با استفاده از چندين آنتن ارسال و دريافت در ايستگاه پايه( base station) و ايستگاه سيار( mobile station) براي ارسال و دريافت داده انجام مي شود. يک رابطه خطي بين تعداد آنتنها و بهبود در بازدهي طيفي وجود دارد. کليد اين ماجرا در اين است که جريان هاي داده يا سيگنال هاي متعددي بطور همزمان در کانال ارسال مي شوند. در نتيجه، اين امکان وجود دارد که ظرفيت سيستم را چهار برابر نمود.
الگوي تشعشعي يک آنتن تطبيقي بسيار ديناميک است، بطوريکه مي تواند يک ايستگاه سيار را تعقيب کرده و شدت سيگنال را براساس شرايط مسير راديويي تنظيم نمايد. مفهوم آنتن تطبيقي اين است که آنتن موجود در يک ايستگاه پايه مي تواند يک شعاع باريک به سمت ايستگاه سيار ايجاد کرده و حرکات آن را ردگيري کند. اين ويژگي داراي دو خصوصيت مطلوب است: برد سلول مي تواند افزايش يابد و ظرفيت درون سلول نيز به همين ترتيب افزايش مي يابد. آنتنهاي تطبيقي هم ارسال ( uplink) و هم دريافت( downlink) را بهبود مي دهند. اين نکته مهمي است، چرا که اکثر سيستمهاي سيار در ارسال( uplink) محدوديت دارند، استفاده از آنتن هاي تطبيقي با کاهش نويز uplink سبب افزايش ظرفيت مي شود. چند مسئله در مورد آنتنهاي تطبيقي وجود دارد. اولين نکته، مشخصه پژمردگي( fading) متفاوت در uplink و downlink است. دومين مسئله، دشوار بودن کاليبراسيون آرايه هاي آنتن تطبيقي مي باشد.
آنتن تطبيقي توصيف شده در بالا گاهي با نام روش steered-beam ( شعاع هدايت شده يا چرخشي) شناخته مي شود. آنتنهاي آرايه فازي ( phased-array) با داشتن ستونهاي متعددي از المانهاي آنتن، براي ايجاد شعاع باريکتري که فقط به سمت ايستگاه سيار مورد نظر نشانه رفته، به کار مي روند. نوع ديگري از آنتنهاي تطبيقي وجود دارد که سيستم آنتن switched-beam( شعاع سوئيچ شده) ناميده مي شود. در اين روش، به جاي چرخاندن شعاع بصورت تطبيقي براي تعقيب ايستگاه سيار مورد نظر، سيستم بطور خيلي ساده با حرکت واحد سيار، از يک شعاع آنتن به شعاع ديگر سوئيچ مي کند.
گذشته از نوع تکنولوژي به کار رفته در آنتنهاي تطبيقي، چه نوع steered-beam و چه نوع switched-beam، اين آنتنها مي توانند بودجه لينک راديويي و نتيجتاً برد سيستم راديويي را بهبود بخشيده و ظرفيت سيستم را نيز افزايش دهند. از نقطه نظر ظرفيت، در بازارهايي که دسترسي به پهناي باند بيشتر محدود است، افزايش ظرفيتي که به دنبال استفاده از تکنولوژي آنتنهاي تطبيقي حاصل مي شود قابل ملاحظه است.
روشهاي ديگري نيز براي تغيير correlation بين سيگنالها و حصول دايورسيتي وجود دارد: دايورسيتي فضايي( space diversity) با استفاده از آنتنهاي مجزا، دايورسيتي با استفاده از عناصر ميدان E و H، دايورسيتي پولاريزاسيون با استفاده از امواجي که بصورت عمودي و افقي پولاريزه شده اند و دايورسيتي مسير( path diversity) تاکنون، تمرکز تحقيقات بر روي ترکيب روشهاي دايورسيتي آنتنها با کدينگ و روشهاي گسترش در فضا- زمان( space-time spreading) بوده است. براي مثال، در گسترش فضا- زمان، از کدهاي والش( Walesh codes) براي گسترده کردن سيگنالها قبل از ارسال استفاده مي شود. پس از گسترش توسط کدهاي والش، سيگنالها بطور همزمان از طريق آنتنهاي مختلف ارسال مي شوند.
روشهاي دايورسيتي که در بالا توصيف شدند بعضاً روشهاي دايورسيتي ميکروسکوپي( microscopic) ناميده مي شوند. در روشهاي دايورسيتي ميکروسکوپي، دو يا چند سيگنال Rayleigh کوتاه مدت، که از مسيرهاي مستقل داراي fading بدست آمده اند در يک گيرنده با يکديگر ترکيب مي شوند. نوع ديگر دايورسيتي، دايورسيتي ماکروسکوپي ( macroscopic) است. در اين نوع دايورسيتي، سيگنالهاي دريافت شده از مسيرهاي مستقل داراي fading که توسط دو يا چند آنتن مختلف در ايستگاههاي پايه متفاوت دريافت مي شوند، با يکديگر ترکيب مي شوند. سيستمهاي CDMA با استفاده از پديده اي که soft-handoff ناميده مي شود، از اين نوع دايورسيتي بهره مي گيرند.
vocoderهاي نوع LPC امروزه از رايج ترين انواع مي باشند که بيشتر در سيستمهاي بي سيم سيار به کار مي روند. در الگوريتم LPC فرض بر اين است که هر نمونه( sample) از صحبت، ترکيبي خطي است از نمونه هاي قبلي. صحبت( speech)، نمونه برداري، ذخيره و تحليل مي شود. ضرايب که از روي نمونه هاي صوت محاسبه مي شوند، ارسال شده و در گيرنده مورد پردازش قرار مي گيرند. با correlation بلند مدت از نمونه ها، گيرنده به دقت صداهاي مطلوب و غيرمطلوب را پردازش و جداسازي مي کند. خانواده vocoderهاي LPC از پالسهايي که از يک ژنراتور پاس ايجاد مي شوند براي تحريک فيلترهايي که ضرايب آنها براي تطبيق با نمونه صحبت تنظيم شده اند، استفاده مي کند.
نوع ديگري از LPC vocoder، با نام vector sum excited linear prediction vocoder شناخته مي شود. اين vocoder از يک کتابچه کد ( code-book) براي کوانتيزه کردن برداري( vector-quantize) سيگنال تحريک کننده استفاده مي کند، بطوريکه حجم محاسبات لازم براي فرايند جستجو در کتابچه کد در گيرنده، به ميزان قابل توجهي مي تواند کاهش يابد. از اين vocoder در سيستمهاي سلولار ديجيتال TDMA که بطور گسترده در ايالات متحده نصب شده اند استفاده مي شود.
سيستمهاي CDMA از نوعي vocoder به نام EVRC استفاده مي کردند. اين LPC vocoder، بطور پيوسته نرخ کدگذاري خود را بسته به شکل صحبت( speech profile) و سطح نويز محيط تغيير مي دهد. چند vocoder جديد که ازمزاياي کدگذاري با نرخ متغير بهره مي برند ايجاد شده و در سيستمهاي بي سيم پياده سازي شدند. اين vocoderهاي جديد، نه تنها نرخ کدگذاري را بهتر مي کنند، بلکه الگوريتمهايي که براي تنظيم نرخ براساس محيط کاربر به کار مي روند را نيز بهبود داده اند. نوع SMV يا selective mode vocoder و AMR دو نمونه از اين دسته vocoderها هستند. هدف همه vocoderهاي استاندارد ارائه بهترين کيفيت صدا است. با اينحال، از نوع SMV مي توان براي ارائه درجات سرويس مختلف براي مشتريان متفاوت استفاده کرد. نوع AMR بصورت realtime نرخ خود را تغيير مي دهد، يا در واقع multirate مي کند و اين کار را حين ارسال صحبت و براساس شکل( profile) آن انجام مي دهد. گزارش شده است که اين نوع vocoder مي تواند ظرفيت سيستم را تا ميزان 57 درصد بهبود بخشد و در عين حال کيفيت صداي toll quality را فراهم نمايد.
منبع:نشريه بزرگراه رايانه، شماره 132.
مردم مي خواهند بدانند که چگونه اين دو تکنولوژي به تکامل رسيده و ارتباطات سيار را به نسل بعدي خود( 4G) سوق خواهند داد.
از سيستم هاي ابتدايي که در سالهاي 1980 بوجود آمدند، تا انتهاي دهه اخير، ارتباطات سيار عمدتاً» براي انجام مخابرات صوتي از نوع circuit-switched و ندرتاً» به منظور برقراري ارتباط داده با پهناي باند کم، مورد استفاده بوده است. حرکت به سمت شبکه هاي بي سيم که از ترافيک چند رسانه اي پشتيباني مي کند چالشهاي جديدي را در زمينه طراحي و گسترش زيرساخت هاي شبکه اي اعمال کرده است. يکي از مهمترين اين چالش ها حصول اطمينان از کيفيت سرويس( Quality Of Service) متناسب براي مشترياني است که سرويس در اختيار آنها قرار دارد.
بطور کلي، سرويسهاي چند رسانه اي به چهار کلاس QoS دسته بندي مي شوند:
- داده با تأخير کم از نوع connection-oriented
- داده با تأخير کم از نوع connection-oriented و نرخ بيت متغير
-long constrained delay connectionles
- unconstrained delay data-best effort connectionles
هرکدام از اين طبقه بندي هاي QoS متناظر با يک نوع خاص از سرويسهاي چندرسانه اي مي باشد.براي مثال، داده با تأخير کم و connection oriented معمولاً» مربوط به تلفن ويدئويي ( video telephony) يا ويدئو کنفرانس( video conferencing) مي باشد. براي ايجاد اين کلاسهاي QoS، موانع فني کليدي مانند کمبود پهناي باند، پوشش محدود و کانالهاي راديويي مزاحم، مي بايست مرتفع گردند. قوانين و اصولي که راه حلهاي عملي براي رفع اين عوامل محدوديت زا را شکل مي دهند در راهند. اين مقاله، به بحث درباره اين موارد و راه حلهاي احتمالي آنها مي پردازد. با اينحال، قبل از پرداختن به اين موارد، مروري مختصر بر انواع رايج ارتباطات در جامعه خواهيم داشت.
رويکردهاي گوناگون ارتباطي
با هر تغيير يا جهش در نوع ارتباطات، چه از ارتباطات شفاهي به نوشتاري، يا از چاپ به ارتباطات الکترونيک، تأثيرات شگرفي بر ارزشها و اعتقادات جوامعي که بخشي از اين تغيير و تحول ارتباطي بودند، پديد آمده است. اين مطلب، امروزه و نيز طي انقلاب پروتستان( Protestan revolution) به وضوح به چشم مي خورد. براي مثال، ما امروزه با جامعه اي مواجه هستيم که داراي طبيعت جهاني تري است که علت آن وجود ارتباطات سريعي است که توسط اينترنت و تکنولوژي مخابرات محقق شده است. ارتباطات سريع همچنين نياز به رضايت سريع را در تمامي جنبه هاي وجودي انسان به بار آورده است.
تغييرات پديد آمده در جامعه که ناشي از تغيير در نوع ارتباطات هستند تحت عنوان تئوري تعادل( medium theory) گردآوري شده اند. اين تئوري بطور کلي بيان مي کند که تغيير در نوع ارتباطات، تأثيرات مهمي بر تکامل اجتماعي و ارزشها و اعتقادات جوامع دارند. اين بدين دليل است که ارتباطات از چنان اهميتي در حيات انسان برخوردار است که بروز يک تغيير در نحوه ارتباطات مي تواند منجر به تغيير در توزيع قدرت، طبيعت و شخصيت فردي و درک اجتماعي در يک جامعه گردد.
بروز تحول در فناوري هاي ارتباطي
عليرغم پيشرفت قابل ملاحظه اي که در جبهه تکنولوژي صورت گرفته، هنوز هم چالشهاي تکنولوژيکي وجود دارند که در مسير اين همگرايي قرار گرفته اند. براي درک اين چالشها، مرور وضعيت فعلي برنامه هاي کاربردي در شبکه هاي بي سيم اجتناب ناپذير است.
شبکه هاي بي سيم و برنامه هاي کاربردي چند رسانه اي
عليرغم بهبودهاي حاصل شده در کيفيت صوت و ظرفيت، نسل دوم پيشرفت هاي اندکي در قابليت حمل داده نسبت به نسل اول داشته است. سيستمهاي آنالوگ نسل اول، نرخ بيت داده اي برابر با تقريباً 9.6Kbps ارائه مي نمودند. سيستم هاي ديجيتال نسل دوم اين نرخ را تنها تا ميزان 14Kbps افزايش دادند، اگرچه ضريب اطمينان سيستمهاي خيلي بهتر از سيستمهاي آنالوگ مي باشد. روش انتقال circuit-switched، هم در نسل اول و هم در نسل دوم تکنولوژي هاي بي سيم مورد استفاده قرار گرفت. اين حالت انتقال، منابع کانال را طي مدت برقراري ارتباط به کاربر اختصاص مي دهد، خواه کاربر داده اي براي ارسال داشته باشد يا خير. اين حالت، هنگامي که طبيعت داده بصورت bursty مي باشد از کارآيي خوبي برخوردار نيست.
با نرخ داده پايين موجود در سيستمهاي نسل اول و دوم، تنها ارسال ساده داده ها ممکن مي باشد. تنها ايميل بدون پيوست، پيامهاي متني و کاربردهاي داده اي ساده براي انتقال در سيستمهاي بي سيم نسل اول و دوم مناسب هستند. ويدئو استريم( streaming video) ويدئو تلفن( video telephony) و ديگر کاربردهايي که نياز به نرخ داده بالا و تأخير ( latency) پايين دارند توسط نسل اول و دوم تکنولوژي هاي بي سيم پشتيباني نمي شوند.
پيکربندي نمونه شبکه هاي بي سيم، چه نسل اول و چه نسل دوم، از ايستگاههاي پايه راديويي( radio base station)، کنترلر ايستگاه پايه ( base station controller) و مراکز سوئيچ الکترونيک تشکيل مي گردد. اين المان ها به سرورهايي متصل هستند که شبکه بي سيم را به توليدکنندگان يا ذخيره کننده هاي محتوي متصل مي کنند. انواع ابتدايي محتواي کاربردي عبارتند از اخبار اقتصادي و قيمت سهام، اطلاعات لاتاري( lottery)، کوئيزها و پازل ها، بازي هاي تعاملي ساده، ابزارهاي مديريت اطلاعات شخصي و بسياري ديگر. متن از ابتدايي ترين انواع محتوي به شمار مي آيد، اما صوت نيز به صورت موسيقي و تصاوير ساده موجود مي باشد. ويدئو تلفن واقعي به شکل ارتباط دوطرفه زمان حقيقي( realtime) بصورت تجارتي موجود نمي باشد. محدوديت يا مانع اصلي در اين مورد، ظرفيت نرخ داده در تکنولوژي هاي اينترفيس راديويي( air interface) بود. موانع ديگري نيز وجود داشتند، اما قابليت ها يا محدوديت هاي اينترفيس راديويي از چالش برانگيزترين آنها به شمار مي آمدند.
تکنولوژي هاي نسل سوم بي سيم، نرخ بيت لازم براي انتقال محتويات چند رسانه اي مانند گرافيک با تفکيک بالا و محتواي ويدئويي را فراهم مي کنند. تفاوت اصلي ميان ساختارهاي نسل دوم با نسل سوم( که امکان انتقال چند رسانه اي را فراهم کرده است)، در نرخ داده اينترفيس راديويي و ستون فقرات انتقال( transport backbone) که همگي عناصر شبکه را به هم متصل مي کند، نهفته است.
شبکه هاي بي سيم سيار امروزي از روشهاي مدولاسيون ساده اي استفاده مي کنند که بيت ها را بر روي حامل ( carrier) فرکانس راديويي سوار مي کنند. اين روشهاي مدولاسيون تنها تعداد معيني بيت - بر- هرتز را بر روي کارير فرکانس راديويي قرار مي دهند و بدين ترتيب ميزان اطلاعاتي که مي توان از منبع به مقصد انتقال داد را محدود مي نمايند. شبکه هاي بي سيم نسل سوم از روشهاي مدولاسيون بسيار پيچيده اي بهره مي گيرند که ميزان بيت- بر- هرتزي که مي توان بر روي حامل فرکانس راديويي سوار کرد را افزايش مي دهند. اينگونه روشهاي مدولاسيون نسل سوم امکان انتقال محتواي چند رسانه اي و برنامه هاي چند رسانه اي را در شبکه هاي بي سيم سيار فراهم مي آورند.
شبکه هاي بي سيم نسل دوم از پروتکلهاي ويژه سازنده( که معمولاً اختصاصي هستند) براي اتصال اجزاء مختلف شبکه به يکديگر و نيز اتصال شبکه هاي بي سيم به توليد کنندگان محتوي استفاده مي کنند. اين پروتکل هاي اختصاصي، شبکه را به شدت به امکانات، عملکرد و کاربردهاي آن وابسته مي کنند و بدين ترتيب اجراي فوري امکانات، عملکردها و کاربردهاي جديد را شديداً محدود مي نمايند. شبکه هاي بي سيم سيار نسل سوم از يک پروتکل استاندارد براي اتصال اجزاي مختلف شبکه به يکديگر بهره مي برند. خصوصاً، از پروتکل اينترنت( Internet Protocol-IP) براي حمل ترافيک در شبکه هاي بي سيم سيار استفاده خواهد شد. اين پروتکل انتقال، فراگير بوده و در همه جا کاربرد دارد. بسياري از دستگاه هاي شبکه اي ديگر وجود دارند که IP را پشتيباني مي کنند. علاوه بر اين، قابليتهاي ديگري هم براي IP ايجاد شده است که ايمني، استحکام و ظرفيت انتقال داده آن را بهبود مي بخشند. تفاوت ديگر بين شبکه هاي بي سيم، چه نسل سوم و چه نسل چهارم، در گرايش لايه اي( layered) مورد استفاده در شبکه هاي امروزي است.
شبکه هاي سيار که طي دهه گذشته طراحي شده اند از يک روش بسيار لايه اي و مدولار پيروي مي کنند. اين روش، ارتباط بين لايه ها و نيز تغيير و گسترش شبکه ها را آسان مي کند. متأسفانه، اين روش لايه اي تمايل به محدود کردن قابليت شبکه در تطبيق و تنظيم خود با طبيعت متغير با زمان محيطهاي راديويي دارد. روش لايه اي با ايجاد مزاحمت در ارتباط بين لايه هايي که نمي توانند مستقيماً با يکديگر اينترفيس شوند اين مشکل را بوجود مي آورد. لازم است که شبکه هاي بي سيم آينده از لحاظ ارتباط بين لايه ها، منعطف تر باشند. اين نکته از اهميت زيادي براي انتقال کاربردهاي چند رسانه اي در محيط راديويي شبکه هاي بي سيم سيار، برخوردار است.قابليت دسترسي به چند رسانه اي ديجيتال در نتيجه بروز پيشرفتهاي اساسي در تاريخچه رسانه هاي ديجيتال افزايش پيدا کرده است، مخصوصاً پيدايش ديسک ليزري، اينترنت و مرورگر وب. اين تکنولوژي ها امکان دسترسي به رسانه ديجيتال را خيلي ساده کرده اند.
طي چند سال اخير، ميل به دسترسي به چند رسانه اي درهمه جا و همه وقت با پيدايش شبکه هاي بي سيم سيار افزايش يافته است. اين باعث افزايش تحقيقات و توسعه در تعدادي از زمينه هاي شبکه هاي بي سيم سيار شده است که علت آن تقاضاي اعمال شده به شبکه هاي بي سيم توسط کاربردهاي چند رسانه اي بوده است. اين زمينه هاي تحقيقي در اين مقاله مورد بررسي قرار خواهند گرفت. در ابتدا بحثي درباره کاربردهاي مختلف چند رسانه اي ضروري است، چرا که همين کاربردها هستند که باعث پيدايش نياز به تحقيق و توسعه در اين زمينه هاي کليدي مي گردند.
سرويسهاي گفتاري
صوت، روش طبيعي ارتباط ميان انسانها است. شبکه هاي بي سيم سيار همچنان براي ارتباط صوتي شخص به شخص مورد استفاده قرار خواهند گرفت. معذلک، رايانه ها و پايگاههاي داده با زبان صفر و يک، يعني زبان ديجيتال، با يکديگر ارتباط برقرار مي کنند. شبکه هاي بي سيم سيار مي بايست قادر به تبديل صوت به حالت ديجيتال باشند تا بتوانند اطلاعات را دريافت و پردازش نمايند. سرويسهاي صوتي مانند تشخيص گفتار( vice recognition)، فعال سازي توسط صوت( voice activation) امروزه در دسترس بوده و با بهبودهاي تکنولوژي کاربرد بيشتري خواهند يافت. در حقيقت، پياده سازي موفق راه حلهاي اينترنتي بي سيم، به ميزان هماهنگي تکنولوژي هاي صوتي با کاربردها و سرويسها بستگي دارد.انتظار مي رود که پيشرفتهايي در دهه آينده، در زمينه تکنولوژي کدگذاري صوتي صورت پذيرد و باعث کاهش هرچه بيشتر بارگذاري بر روي شبکه هاي بي سيم گردد.
پيام رساني ساده
اگرچه SMS داراي طول پيام محدودي مي باشد، در زمينه ها متعددي کاربرد دارد:
- پيام رساني ساده شخص به شخص: بيشتر توسط صفحه کليد گوشي ايجاد مي شود، اما از طريق رايانه و توسط مرورگرهاي اينترنتي و ديگر برنامه ها نيز توليد مي شود.
-پيام رساني عمومي: اعلام دريافت ايميل و فاکس، ارسال ايميل و فاکس، پيام رساني يکپارچه( unified messaging) و پيجينگ( paging)
- سرويسهاي اطلاع رساني عمومي: قيمت سهام و ارز، برنامه حرکت هواپيماها، قطارها، سرگرمي ها، اخبار آب و هوا و ورزش، و آگهي هاي تبليغاتي.
- سرويسهاي اطلاع رساني خصوصي: عمليات بانکي سيار، صورتحساب، خدمات مشتريان و نظارت از راه دور.
- تجارت سيار: پايانه هاي فروش( point of sale)راه دور يا سيار، دستگاههاي فروش خودکار و توزيع کوپن هاي تخفيف.
سرويس پيام کوتاه در مقايسه با سرويسهاي ديگر از نظر درآمد به ازاي واحد پهناي باند مصرفي، در رده اول قرار مي گيرد( حتي قبل از سرويسهاي صوتي) سرويسهاي داده ديگر نسبت به سرويس صوتي از درآمد کمتري به ازاي پهناي باند مصرفي برخوردارند. اين يک کاربرد بسيار کارآمد بي سيم سيار است که به رشد خود ادامه خواهد داد، مخصوصاً در آمريکاي شمالي، که از ميزان استفاده و ضريب نفوذ کمي برخوردار است.
Switches Data
اين نوع ارتباط به نام اتباط circuit-switched شناخته مي شود . يک ارتباط circuit-switched در طي زمان يک مکالمه تمام منابع لازم را حفظ مي کند. اين نوع ارتباط براي دانلود کردن فايلهاي بزرگ و ديگر انواع داده که داراي طبيعت bursty نيستند، مناسبتر است. برنامه هايي که با ارتباطات circuit-switched به خوبي کار مي کنند فايلها را براي مشاهده آتي( بصورت آفلاين) دانلود مي کنند. اين فايلها ممکن است بصورت متن، صوت و يا تصويري( ويدئويي) باشند.
سرويسهاي صوتي و تصويري متقارن( Symmetrical) و نامتقارن( Asymmetrical)
چيزي که اين دسته از سرويسها را از انواع ديگر متمايز مي کند اين است که انتقال داده تقريباً بطور کامل يکطرفه و پيوسته است: به شدت نامتقارن. لازم نيست که سمت گيرنده تمامي فايل را قبل از ارائه به کاربر دريافت کند. معذلک، شرايط سختي براي تغييرات در تأخير داده ها حکمفرماست. اگر اين سرويس يک سرويس چند رسانه اي باشد، هيچگونه لغزشي نبايد مابين اجزاء آن وجود داشته باشد. عدم وجود تعامل ميان دو انتهاي ارتباط وجود تأخيرهاي انتقال طولاني را مجاز مي سازد. اين امر بنوبه خود باعث ساده تر شدن تحويل يک استريم داده( data stream) که تغييرات تأخير در آن پايين است به برنامه کاربردي مي شود.
کاربردهاي نامتقارن معمولاً در دسته بندي نوع يکي- به همه( one-to-many) جاي مي گيرد. سرويسهاي Multicast از قبيل پخش برنامه ها و سرويسهاي اطلاع رساني زير مجموعه اين دسته هستند. با رواج روزافزون انواع محتوي، صوتي و تصويري، در اينترنت، اين سرويسهاي streaming روز به روز رايج تر مي شوند. بعلاوه، با گنجاندن قابليت MP3 در تلفنهاي سيار امروزي، صنعت ارتباطات بي سيم بخشي از بازار pay-per-view TV را به خود اختصاص مي دهد و کاربران را قادر مي سازد تا موسيقي و فيلمهاي مورد علاقه خود را در هر کجا و هر زمان که بخواهند ببينند و بشنوند.
احتمالاً کاربردهاي چند رسانه اي، پرطرفدارترين سرويسهاي بي سيم در انقلاب تکنولوژي بي سيم نسل سوم و چهارم خواهند بود. سرويسهاي چند رسانه اي را مي توان به سه نوع يا طبقه از سرويسهاي چند رسانه اي دسته بندي کرد:
high multimedia, medium multimedia و intercative high multimedia از اين سه دسته، فقط نوع intercative multimedia به ارتباطات نوع circuit switched احتياج دارد. دو نوع ديگر مي توانند از ارتباطات نوع pocket استفاده کنند. ضريب عدم تقارن medium و high multimedia از 40 تا 100 متغير است. معمولاً نوع intercative multimedia طبيعي متقارن دارد.
از نظر سرعت، هرکدام از انواع سرويسهاي چند رسانه اي هم در ارسال ( uplink) و هم دريافت( downlink) به پهناي باند کاربر متفاوتي نياز دارند.
هرکدام از سرويسهاي گفته شده در بالا دسترسي به اينترنت و امکان برقراري ارتباط را در هر کجا و هر زمان براي کاربر ممکن مي سازند. اين سرويسها، که توسط زيرساخت شبکه فعال مي شوند، منابع و objectهاي اطلاعاتي را بدون نياز به دخالت کاربران، براي آنها مشخص و قابل دسترسي مي نمايد e-media, e-jacket, e-Pen, E-book و ليست بلند بالاي « communicating objects» لحظه به لحظه طولاني تر مي شود. تحويل اطلاعات بر مبناي اخباري که به محيطهاي خصوصي تزريق مي شوند، بنا نهاده مي شود.
نيازهاي شبکه هاي بي سيم
سه زمينه وجود دارد که مي تواند کارايي ارائه سرويسهاي چند رسانه اي توسط شبکه هاي بي سيم را بهبود بخشد: همخواني بين شبکه هاي بي سيم مختلف، انتقال اطلاعات بطور هوشمند و مبتني بر ناحيه( location-based) و انتقال کارآمد اطلاعات توسط اينترفيس راديويي( air-interface).
سازگاري با شبکه هاي خانگي و اداري
تکنولوژي هاي بي سيم متعددي وجود دارند که جهت فراهم نمودن ارتباطات در هر لحظه و هر مکان درون خانه يا ادارات مناسب هستند. اين تکنولوژي ها براي محيطهاي بزرگتر که به قابليت جابجايي بيشتري نياز دارند، چندان مناسب نيستند. اين بيشتر به دليل برد محدود آنهاست.سيستمهاي سلولار نسل دوم و سوم براي اينگونه محيطها مناسبترند.براي فراهم کردن بستري براي ارتباطات در هر لحظه و هر مکان، وجود وسيله اي براي ايجاد ارتباط ميان اين شبکه هاي متفاوت ضروري است.
براي بهره گيري از دسترسي بي سيم که توسط تکنولوژي هاي خانگي و اداري ارائه مي شوند و نيز تکنولوژي هاي بي سيم نسل دوم و سوم، به يک services gateway نياز داريم. يکي از اين تکنولوژي ها، پروتکل open services gateway initiative(OSGI) است. اين پروتکل gateway، سرويس دهندگان و برنامه سازان را قادر مي سازد تا سرويسها و دستگاههاي شبکه اي درون خانه اي( in-home) و درون اداره اي( in-office) را پياده سازي و مديريت کنند.
service gateway امکان ايجاد سرويسهاي هوشمند و مديريت آنها از راه دور را توسط کاربر نهايي( end-user) و اشخاص ثالث فراهم مي کند. اين نوع مديريت اين فرصت را پديد مي آورد که بسته هاي خدماتي ( service packages) تهيه و دراختيار کاربر نهايي قرار گيرند. سرويس دهندگان مي توانند برنامه ريزي، پيکربندي و تهيه صورتحساب براي اين سرويسها را بدون هيچگونه دخالتي از طرف کاربر نهايي بر عهده گيرند. علاوه بر اين، اين gateway داراي تکنولوژي تشخيص مکان ( location discovery) مي باشد تا شبکه ها بتوانند هميشه از موقعيت مکاني کاربر آگاه باشند. به همين ترتيب، دستگاهها و سرويسهاي جديد نيز که توسط تکنولوژي هاي نوين ايجاد مي شوند بلافاصله در اختيار کاربران قرار مي گيرند. به محض اين که کاربر از محيط خانه به محيط macrocellular( محيطي سلولار در مقياس بزرگتر) و سپس به محيط اداري وارد مي شود، ارتباط او بطور مطمئن و مستمر توسط gateway حفظ مي شود. کاربر هيچگاه نيازي به دانستن اين که دسترسي از يک شبکه به شبکه اي ديگر انتقال داده شده، نخواهد داشت.
انتقال پيام بر مبناي موقعيت مکاني
قابليت هاي location-based از مهمترين و متمايزترين خصايص سرويسهاي داده سيار و اينترنتي است. از نقطه نظر بازاريابي، دانستن هويت فرد، موقعيت مکاني او و آنچه که او بدان علاقه دارد در هر لحظه از زمان از اهميت فوق العاده اي برخوردار است. سرويسهاي location-based با تکنولوژي push ترکيب گشته و درآمد قابل ملاحظه اي را ايجاد مي کنند. برخي از کاربردهاي عمده از اين دست عبارتند از ردگيري سرمايه ها و نيروي کار، هدايت مشترکين به نقاط مقصد، اطلاع رساني اخبار، ارزش سهام و اطلاعات محصول براساس مکان مشترک. از نظر تکنولوژيکي، راه حلهاي فني متعددي وجود دارد. سيستمهاي GPS از سيستم موقعيت يابي جهاني( Global Positioning System) براي مشخص کردن موقعيت مشترک استفاده مي کنند. به همين منظور، تلفن مشترک داراي يک گيرنده GPS داخلي مي باشد. اطلاعات GPS که توسط گيرنده GPS دريافت مي شوند به يک سرور ارسال مي گردند تا موقعيت مکاني دقيق مشترک مشخص گردد. زاويه دريافت، روشي است که در آن از گيرنده هاي موجود در سرتاسر يک شبکه، براي محاسبه موقعيت يک مشترک براساس زاويه دريافت سيگنال توسط مشترک، استفاده مي شود Time Distance of Arrival(TDoA) يا فاصله زماني دريافت، اختلاف زماني دريافت سيگنال مشترک و گيرنده هاي متعددي که در سيستم وجود دارند را محاسبه مي نمايد. سيستم GPS ظاهراً دقيق ترين تکنولوژي مکان يابي در ميان تکنولوژي هاي ديگر است. سرويس دهندگان CDMA سيستم GpS را برگزيده اند، در حاليکه سرويس دهندگان TDMA و GSM نوعي روش مبتني بر اختلاف زماني را انتخاب کرده اند. گذشته از نوع تکنولوژي مورد استفاده براي سرويسهاي location-based، دانستن موقعيت مشترک امکان انتقال اطلاعات را در سطح شخصي و با کارآيي بسيار بهتر فراهم مي نمايد، زيرا اين اطلاعات ديگر به نقاطي که کاربر در آنجا حضور ندارد ارسال نخواهند شد. معذلک، اين تکنولوژي مسائل متعددي در مورد حريم خصوصي را برانگيخته است که مي بايست حل شوند. براي مثال، چگونه مي توان موقعيت مکاني مشترک را از دسترس کساني که ممکن است از اين اطلاعات براي صدمه زدن به او استفاده کنند حفظ نمود؟
موانع فني و راه حل هاي ممکن
هرکدام از اين موانع محدود کننده تحت توجه خاص محافل تحقيقاتي قرار دارند. تکنولوژيهاي نوين و نيز پيشرفتهاي مستمر در تکنولوژيهاي کنوني، در حال بررسي هستند. با اينحال احتمال اين نيز وجود دارد که نه تکنولوژي هاي نوين و نه پيشرفتهاي حاصله در تکنولوژيهاي فعلي قادر به ارائه يک راه حل کامل باشند. در عوض، هر دوي اين تکنولوژيها نقش اساسي در اطمينان از اينکه کاربر بي سيم تجربه رضايت بخشي داشته باشد ايفا مي کنند.
پهناي باند
مدولاسيون سطح بالاتر( High Level Modulation)
QAM تا 512 بيت به ازاي هر سمبل( bit per symbol) آزمايش شده است. اين سطح بسيار بالايي از bit-packing است و در حال حاضر فقط در سيستمهاي نقطه به نقطه ( point-to-point) مانند سيستمهاي انتقال مايکروويو عملي مي باشد. به دليل تغييرات سريع محيط راديويي، سيستمهاي عملي QAM که در شبکه هاي بي سيم به کار مي روند از سطح بسيار پايينتري از bit-packing استفاده مي کنند، که در حدود 16 بيت به ازاي هر سمبل مي باشد. بدون وجود بعدي ديگر در فشرده سازي اطلاعات در فرايند مدولاسيون، افزايش بيشتر تعداد بيتها به ازاي هر قطعه از طيف کار دشواري است.
با اين حال، تکنيکهاي جديدي براي افزايش هرچه بيشتر بازدهي طيفي ايجاد شده اند. در اولين روش، اطلاعات محيط راديويي مشترک براي ارسال داده ها با استفاده از کارآمدترين روش مدولاسيون مورد استفاده قرار مي گيرد و بدين ترتيب روش مدولاسيون با محيط راديويي تطبيق مي يابد. براي مثال، اگر کاربر در يک محيط راديويي با پوشش قوي قرار داشته باشد، سيستم تطابقي( adaptive) سعي مي کند تا اطلاعات را بوسيله روش مدولاسيوني که بيشترين ميزان bit-packing را دارد ارسال کند. بالعکس، اگر کاربر در محيط راديويي با پوشش ضعيف قرار گرفته باشد، سيستم اطلاعات را با روش مدولاسيوني که bit-packing کمتري دارد ارسال مي کند. مدولاسيون تطبيقي(adaptive modulation) با تطبيق دادن خود با طبيعت متغيربا زمان محيط راديويي بازدهي طيفي را افزايش داده و با عدم تلاش براي ارسال داده با نرخي که به خاطر شرايط محيطي غيرممکن است، جلوي اتلاف منابع شبکه را مي گيرد.
حتي با استفاده از مدولاسيون درجه بالا و مدولاسيون تطبيقي، ميزان بازدهي طيفي قابل حصول در محيط راديويي سيار هنوز تا حدي محدود بود. هنوز هم فقط در يک حالت مجانبي( asymptotic) و از طريق فرايند bit-packing مي توان به حد شانون( Shannon`s limit) نزديک شد. با اين همه، تکنولوژي ظهور يافت، به نام Multiple-Input-Multiple-Output(MIMO) به معني چند ورودي چند خروجي. با اين که اين تکنولوژي في نفسه يک تکنولوژي مدولاسيون به شمار نمي آيد، با بهره گيري از طبيعت بشدت متغير با زمان محيط راديويي بي سيم سيار، حد شانون را مي شکند. اين کار با استفاده از چندين آنتن ارسال و دريافت در ايستگاه پايه( base station) و ايستگاه سيار( mobile station) براي ارسال و دريافت داده انجام مي شود. يک رابطه خطي بين تعداد آنتنها و بهبود در بازدهي طيفي وجود دارد. کليد اين ماجرا در اين است که جريان هاي داده يا سيگنال هاي متعددي بطور همزمان در کانال ارسال مي شوند. در نتيجه، اين امکان وجود دارد که ظرفيت سيستم را چهار برابر نمود.
آنتنهاي تطبيقي( Adaptive Antennas)
الگوي تشعشعي يک آنتن تطبيقي بسيار ديناميک است، بطوريکه مي تواند يک ايستگاه سيار را تعقيب کرده و شدت سيگنال را براساس شرايط مسير راديويي تنظيم نمايد. مفهوم آنتن تطبيقي اين است که آنتن موجود در يک ايستگاه پايه مي تواند يک شعاع باريک به سمت ايستگاه سيار ايجاد کرده و حرکات آن را ردگيري کند. اين ويژگي داراي دو خصوصيت مطلوب است: برد سلول مي تواند افزايش يابد و ظرفيت درون سلول نيز به همين ترتيب افزايش مي يابد. آنتنهاي تطبيقي هم ارسال ( uplink) و هم دريافت( downlink) را بهبود مي دهند. اين نکته مهمي است، چرا که اکثر سيستمهاي سيار در ارسال( uplink) محدوديت دارند، استفاده از آنتن هاي تطبيقي با کاهش نويز uplink سبب افزايش ظرفيت مي شود. چند مسئله در مورد آنتنهاي تطبيقي وجود دارد. اولين نکته، مشخصه پژمردگي( fading) متفاوت در uplink و downlink است. دومين مسئله، دشوار بودن کاليبراسيون آرايه هاي آنتن تطبيقي مي باشد.
آنتن تطبيقي توصيف شده در بالا گاهي با نام روش steered-beam ( شعاع هدايت شده يا چرخشي) شناخته مي شود. آنتنهاي آرايه فازي ( phased-array) با داشتن ستونهاي متعددي از المانهاي آنتن، براي ايجاد شعاع باريکتري که فقط به سمت ايستگاه سيار مورد نظر نشانه رفته، به کار مي روند. نوع ديگري از آنتنهاي تطبيقي وجود دارد که سيستم آنتن switched-beam( شعاع سوئيچ شده) ناميده مي شود. در اين روش، به جاي چرخاندن شعاع بصورت تطبيقي براي تعقيب ايستگاه سيار مورد نظر، سيستم بطور خيلي ساده با حرکت واحد سيار، از يک شعاع آنتن به شعاع ديگر سوئيچ مي کند.
گذشته از نوع تکنولوژي به کار رفته در آنتنهاي تطبيقي، چه نوع steered-beam و چه نوع switched-beam، اين آنتنها مي توانند بودجه لينک راديويي و نتيجتاً برد سيستم راديويي را بهبود بخشيده و ظرفيت سيستم را نيز افزايش دهند. از نقطه نظر ظرفيت، در بازارهايي که دسترسي به پهناي باند بيشتر محدود است، افزايش ظرفيتي که به دنبال استفاده از تکنولوژي آنتنهاي تطبيقي حاصل مي شود قابل ملاحظه است.
Diversity
روشهاي ديگري نيز براي تغيير correlation بين سيگنالها و حصول دايورسيتي وجود دارد: دايورسيتي فضايي( space diversity) با استفاده از آنتنهاي مجزا، دايورسيتي با استفاده از عناصر ميدان E و H، دايورسيتي پولاريزاسيون با استفاده از امواجي که بصورت عمودي و افقي پولاريزه شده اند و دايورسيتي مسير( path diversity) تاکنون، تمرکز تحقيقات بر روي ترکيب روشهاي دايورسيتي آنتنها با کدينگ و روشهاي گسترش در فضا- زمان( space-time spreading) بوده است. براي مثال، در گسترش فضا- زمان، از کدهاي والش( Walesh codes) براي گسترده کردن سيگنالها قبل از ارسال استفاده مي شود. پس از گسترش توسط کدهاي والش، سيگنالها بطور همزمان از طريق آنتنهاي مختلف ارسال مي شوند.
روشهاي دايورسيتي که در بالا توصيف شدند بعضاً روشهاي دايورسيتي ميکروسکوپي( microscopic) ناميده مي شوند. در روشهاي دايورسيتي ميکروسکوپي، دو يا چند سيگنال Rayleigh کوتاه مدت، که از مسيرهاي مستقل داراي fading بدست آمده اند در يک گيرنده با يکديگر ترکيب مي شوند. نوع ديگر دايورسيتي، دايورسيتي ماکروسکوپي ( macroscopic) است. در اين نوع دايورسيتي، سيگنالهاي دريافت شده از مسيرهاي مستقل داراي fading که توسط دو يا چند آنتن مختلف در ايستگاههاي پايه متفاوت دريافت مي شوند، با يکديگر ترکيب مي شوند. سيستمهاي CDMA با استفاده از پديده اي که soft-handoff ناميده مي شود، از اين نوع دايورسيتي بهره مي گيرند.
Vocoding
vocoderهاي نوع LPC امروزه از رايج ترين انواع مي باشند که بيشتر در سيستمهاي بي سيم سيار به کار مي روند. در الگوريتم LPC فرض بر اين است که هر نمونه( sample) از صحبت، ترکيبي خطي است از نمونه هاي قبلي. صحبت( speech)، نمونه برداري، ذخيره و تحليل مي شود. ضرايب که از روي نمونه هاي صوت محاسبه مي شوند، ارسال شده و در گيرنده مورد پردازش قرار مي گيرند. با correlation بلند مدت از نمونه ها، گيرنده به دقت صداهاي مطلوب و غيرمطلوب را پردازش و جداسازي مي کند. خانواده vocoderهاي LPC از پالسهايي که از يک ژنراتور پاس ايجاد مي شوند براي تحريک فيلترهايي که ضرايب آنها براي تطبيق با نمونه صحبت تنظيم شده اند، استفاده مي کند.
کد کننده تحريک شده با پالس متفاوت
نوع ديگري از LPC vocoder، با نام vector sum excited linear prediction vocoder شناخته مي شود. اين vocoder از يک کتابچه کد ( code-book) براي کوانتيزه کردن برداري( vector-quantize) سيگنال تحريک کننده استفاده مي کند، بطوريکه حجم محاسبات لازم براي فرايند جستجو در کتابچه کد در گيرنده، به ميزان قابل توجهي مي تواند کاهش يابد. از اين vocoder در سيستمهاي سلولار ديجيتال TDMA که بطور گسترده در ايالات متحده نصب شده اند استفاده مي شود.
سيستمهاي CDMA از نوعي vocoder به نام EVRC استفاده مي کردند. اين LPC vocoder، بطور پيوسته نرخ کدگذاري خود را بسته به شکل صحبت( speech profile) و سطح نويز محيط تغيير مي دهد. چند vocoder جديد که ازمزاياي کدگذاري با نرخ متغير بهره مي برند ايجاد شده و در سيستمهاي بي سيم پياده سازي شدند. اين vocoderهاي جديد، نه تنها نرخ کدگذاري را بهتر مي کنند، بلکه الگوريتمهايي که براي تنظيم نرخ براساس محيط کاربر به کار مي روند را نيز بهبود داده اند. نوع SMV يا selective mode vocoder و AMR دو نمونه از اين دسته vocoderها هستند. هدف همه vocoderهاي استاندارد ارائه بهترين کيفيت صدا است. با اينحال، از نوع SMV مي توان براي ارائه درجات سرويس مختلف براي مشتريان متفاوت استفاده کرد. نوع AMR بصورت realtime نرخ خود را تغيير مي دهد، يا در واقع multirate مي کند و اين کار را حين ارسال صحبت و براساس شکل( profile) آن انجام مي دهد. گزارش شده است که اين نوع vocoder مي تواند ظرفيت سيستم را تا ميزان 57 درصد بهبود بخشد و در عين حال کيفيت صداي toll quality را فراهم نمايد.
منبع:نشريه بزرگراه رايانه، شماره 132.
/ج
