639PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXV nr 11−−12/2002

TELE–RADIO–ELEKTRONIKA–INFORMATYKA

11–12/2002

ROK ZA£O¯ENIA 1928 ROCZNIK LXXV ISSN 1230-3496

PROCES ŚWIADCZENIA USŁUGW SYSTEMIE KOMÓRKOWYM I JEGO MODEL

Rozwa¿anie us³ug w systemie UMTS rozpoczniemy od defini-cji us³ugi, przedstawionej w dokumentach 3GPP, tzn. specyfika-cji technicznej standardu systemu 3-ciej generacji [1], w którejstwierdza siê lakonicznie, ¿e us³uga jest zbiorem funkcji oferowa-nych klientowi przez organizacjê. W tej definicji widoczne s¹ trzyzasadnicze elementy us³ugi: M dostawca us³ugi, M odbiorca us³ugi,M funkcja us³ugi.

Tak ogólna definicja odnosi siê do dowolnego œrodowiska sie-ciowego, w którym s¹ œwiadczone us³ugi. Funkcjonalnoœæ syste-mów 3G ma zapewniæ œwiadczenie usług telekomunikacyj−nych, a specyfika tych systemów polega jedynie na zapewnieniutych us³ug za pomoc¹ ruchomego terminalu. Dokumenty 3GPPodwo³uj¹ siê w zwi¹zku z tym do definicji us³ug telekomunikacyj-nych zawartych w Zaleceniu ITU I. 112 [2]. Podana tam definicjaus³ugi okreœla charakter oferowanych funkcji. Maj¹ one zaspo-koiæ potrzeby o charakterze telekomunikacyjnym. Definicja tajest jednak niepe³na, gdy¿ ma ona charakter wy³¹cznie technicz-ny. Zapomniano o tym, ¿e zaspokojenie potrzeby o charakterzetelekomunikacyjnym jest zwi¹zane z op³at¹ za œwiadczenie us³u-gi. Jest to czynnik, który w istotny sposób kszta³tuje relacje od-biorca-dostawca i ostatnie lata pokazuj¹, ¿e ma on powa¿ne

znaczenie w kszta³towaniu funkcjonalnoœci oferowanej w ramachus³ugi. Znane s¹ przypadki, gdy us³ugi wydawa³y siê fascynuj¹-ce z technicznego punktu widzenia, ale nie znalaz³y uznaniau odbiorców b¹dŸ nie znalaz³y dostatecznie wielu odbiorców, abywarto je by³o œwiadczyæ. Takimi przyk³adami mog¹ byæ us³ugioferowane przez sieæ ISDN dla potrzeb gospodarstw domowychlub us³ugi faksymilograficzne grupy 4 b¹dŸ us³ugi w systemie Iridium. Z drugiej strony okaza³o siê, ¿e odbiorca jest gotów zaakceptowaæ na przyk³ad gorsz¹ jakoœæ us³ug rozmównychw zamian za znacznie ni¿szy koszt (us³ugi rozmówne przez sieæInternet – Voice over Internet Protocol – VoIP) czy te¿ zaakcep-towaæ pewne utrudnienia w korzystaniu z us³ug (nieergonomicz-ny interfejs), o ile op³ata za us³ugi nie jest wygórowana (SMS).Rysunek 1 ilustruje ogólne relacje miêdzy dostawc¹ i odbiorc¹us³ugi. Dobrym przyk³adem tych relacji jest zale¿noœæ miêdzyop³atami za us³ugi a intensywnoœci¹ us³ug. W USA nasycenierynku aparatami telefonii komórkowej jest wyraŸnie mniejsze ni¿w Europie, ale w USA liczba dziennie realizowanych po³¹czeñjest o 60% wiêksza ni¿ w Europie, gdy¿ koszty us³ug s¹ ni¿sze.

Odnosz¹c definicjê us³ug telekomunikacyjnych do systemu te-lefonii komórkowej nietrudno zauwa¿yæ, ¿e dostawc¹ us³ug jestoperator telefonii komórkowej, a ich odbiorcą – użytkownikterminalu, nazywany dalej tradycyjnie abonentem. Funkcjo-nalnoœæ oferowana w ramach us³ug jest podstaw¹ ichklasyfikacji. Klasyfikacja podana w dokumentach 3G jest opartana charakterystykach generowanych strumieni ruchu telekomu-nikacyjnego. Istotn¹ i wa¿n¹ cech¹ systemu UMTS jest jednakmo¿liwoœæ negocjowania wymaganych charakterystyk przed

Dominik RUTKOWSKI*, Ryszard SOBCZAK**

Usługi w systemie UMTS1)

* Katedra Systemów i Urządzeń Radiokomunikacyjnych, Politechnika Gdańska, e−mail: nick@eti.pg.gda.pl

** Katedra Matematyki Dyskretnej, Politechnika Gdańska, e−mail: rsob@eti.pg.gda.pl

––––––––1) Uzupe³niona i poszerzona wersja referatu plenarnego, przedstawionegona Krajowej Konferencji Radiokomunikacji, Radiofonii i Telewizji, Gdañsk,12–14 czerwca 2002 r.

OO Rys 1. Relacje między dostawcą i odbiorcą usługi

i w czasie po³¹czenia. Szczegó³owe omówienie tych charaktery-styk jest przedmiotem rozwa¿añ w dalszej czêœci artyku³u. Przy-gl¹daj¹c siê bli¿ej klasyfikacji us³ug podanej w zaleceniach ITUi dokumentach 3GPP widzimy, ¿e nie jest ona rozumiana w takisposób, jak tego mo¿e oczekiwaæ abonent. Na czym w takim ra-zie polega ró¿nica w klasyfikacji pomiêdzy punktem widzeniaabonenta a punktem widzenia przedstawionym w dokumentachITU i 3GPP. Aby odpowiedzieæ na to pytanie, spróbujmy wyja-œniæ punkt widzenia abonenta, dla którego g³ówne potrzeby tele-komunikacyjne dotycz¹: M po³¹czeñ rozmównych, M komunikacji tekstowej off-line (SMS, e-mail), M wideotelefonii, M zdalnego dostêpu do baz danych, M przeglądania stron WWW, M odczytywania i odtwarzania plików audio,M odczytywania i wyświetlania wideoklipów,M realizowania operacji bankowych, M odczytywania pomiarów, M odczytywania informacji o po³o¿eniu geograficznym, M komunikacji tekstowej on-line.

Lista ta jest d³u¿sza, ni¿ lista przedstawiona we wspomni-anych dokumentach i wiêkszoœæ z podanych us³ug mo¿na zreali-zowaæ w systemach komórkowych drugiej generacji. Ogranicze-nia narzucane przez systemy drugiej generacji przejawiaj¹ siê je-dynie w tych us³ugach (pogrubiony tekst), w których potrzebnes¹ kana³y o wiêkszych przep³ywnoœciach (np. wideotelefonia).Jest to bardzo istotne w skutkach spostrze¿enie w œwietle relacjiabonent-operator.

Wracaj¹c do postawionego pytania o relacjê miêdzy obydwie-ma listami us³ug, znajdziemy odpowiedŸ w warstwowym modelukomunikacji. Us³ugi zdefiniowane przez dokumenty ITU i 3GPPodpowiadaj¹ warstwie transportowej protoko³ów komunikacyj-nych sieci telekomunikacyjnej, natomiast punkt widzenia abo-nenta odpowiada warstwie aplikacji. Z tego wzglêdu us³ugio charakterze u¿ytkowym s¹ te¿ czasami nazywane aplikacjami.Rysunek 2 ilustruje charakter tych relacji.

Spróbujmy przeanalizowaæ efektywnoœæ wykorzystania kana-³u dostêpowego na przyk³adzie przegl¹dania stron WWW. Pro-tokó³ HTTP stosuje do przesy³ania wyœwietlanych elementówstrony WWW po³¹czenia zgodne z protoko³ami TCP/IP. Stan-dardowa d³ugoœæ nag³ówka pakietu w protoko³ach TCP/IP wyno-si 40 bajtów. Rozk³ad d³ugoœci pakietów w us³udze przegl¹daniastron WWW jest wystarczaj¹co dok³adnie opisany histogramemrozk³adu d³ugoœci pakietów: 60% pakietów ma d³ugoœæ 48 baj-tów, 15% pakietów ma d³ugoœæ 576 bajtów (d³ugoœæ ramki zestandardowym segmentem protoko³u TCP) i 25% ramek ma d³u-goœæ powy¿ej 1500 bajtów. Stosunek liczby przes³anych bajtówniezbêdnych do nawi¹zania po³¹czenia z wykorzystaniem proto-ko³u TCP i wyœwietlenia strony WWW do ogólnej liczby bajtówwygenerowanych przez us³ugê na poziomie warstw IP i TCP nieprzekracza 48%. Identycznie zdefiniowany wskaŸnik dla us³ugiprzesy³ania plików mo¿e zmieniaæ siê w zakresie od 10% do95% w zale¿noœci od sposobu skonfigurowania protoko³u i cha-rakterystyk kana³u fizycznego [3]. Oferowane przez operatora³¹cze danych ma równie¿ wielowarstwow¹ strukturê, w którejw przypadku kana³u radiokomunikacyjnego najwa¿niejsz¹ rolêodgrywa warstwa ³¹cza danych kana³u radiowego. Jest to kana³o z³o¿onych w³aœciwoœciach i zapewnienie wysokiej jakoœci ko-munikacji w tym kanale wymaga stosowania z³o¿onych mecha-nizmów kodowania i retransmisji. W przypadku systemu UMTSmechanizmy te absorbuj¹ znaczn¹ czêœæ przep³ywnoœci kana³ufizycznego. Przyk³adowo w kanale fizycznym o przep³ywnoœci 2 Mbit/s dla u¿ytkownika bêdzie dostêpna przep³ywnoœæ tylko ok. 400 kbit/s do 500 kbit/s. Od 75% do 80% przep³ywnoœcipoch³onie kodowanie informacji i retransmisje na poziomie war-stwy drugiej. Oczywiœcie rodzaj zastosowanych technik kodo-wania bêdzie zale¿ny miêdzy innymi od rodzaju aplikacji i st¹dtrudno jednoznacznie oceniæ sprawnoœæ przesy³ania informacjiu¿ytkownika w radiowym kanale dostêpowym. Jednak dla abo-nenta efekt wielowarstwowoœci protoko³ów komunikacyjnych

640 PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXV nr 11−−12/2002

OO Rys. 2. Warstwowy charakter świadczenia usług

Przypomnienie warstwowego charakteru komunikacji jest bar-dzo istotne, gdy¿ skutki wynikaj¹ce z tego faktu s¹ silnie odczu-walne, szczególnie w systemach radiokomunikacyjnych. Z istotywarstwowego modelu komunikacji wynika bowiem zas³anianieszczegó³ów funkcjonowania warstw ni¿szych przez warstwywy¿sze. Oznacza to w praktyce, ¿e abonent nie dostrzega us³ugtransportowych, za pomoc¹ których s¹ zaspokajane jego potrze-by komunikacyjne. Funkcjonowanie warstwowego modelu komu-nikacji ma jednak znacz¹ce skutki uboczne. Warstwowoœæ mo-delu komunikacyjnego jest Ÿród³em istotnych obci¹¿eñ kana³ówdostêpowych funkcjami protokolarnymi. Przyk³adowo, w tak czê-sto przywo³ywanej, w kontekœcie systemów 3G, us³udze przegl¹-dania stron WWW sieæ telekomunikacyjna zapewnia warstwê ³¹-cza danych, nad któr¹ funkcjonuje warstwa sieciowa i transpor-towa stosu protoko³ów TCP/IP. Ten wariant œwiadczenia us³ugilustruje rys. 3, na którym operator systemu UMTS dostarcza ra-diowy kana³ dostêpowy do terminalu abonenta, a jego przepusto-woœæ wspó³u¿ytkuj¹ wszystkie wspomniane trzy warstwy.

OO Rys. 3. Wyspecjalizowany zewnętrzny dostawca usługi

OO Rys 4. Świadczenie usług przez wyspecjalizowanego dostawcęusług

bêdzie oznaczaæ korzystanie z us³ug dysponuj¹cych przep³yw-noœciami znacznie mniejszymi ni¿ przep³ywnoœæ kana³u fizycz-nego.

Z dotychczasowych rozwa¿añ wynika, ¿e dostawc¹ us³ugimo¿e byæ operator systemu telefonii komórkowej b¹dŸ operatorsystemu telefonii komórkowej wspólnie z operatorem sieci prze-wodowej (PSTN) b¹dŸ te¿ zewnêtrzny w stosunku do obu opera-torów wyspecjalizowany dostawca us³ugi. Ostatni wariant ilustru-je rys. 4. Warto zaznaczyæ, ¿e przy œwiadczeniu us³ug o charak-terze aplikacyjnym mo¿e funkcjonowaæ ci¹g poœrednikówœwiadcz¹cych sobie wzajemnie us³ugi telekomunikacyjne i pro-wadz¹cych wzajemne rozliczenia.

641

SIEĆ SZKIELETOWA I JEJ WPŁYW NA REALIZACJĘ USŁUG

W œwiadczeniu us³ug przez operatorów systemu 3G kana³ ra-diowy jest kana³em dostêpowym dla u¿ytkownika, natomiast do-starczanie us³ug odbywa siê przez sieæ szkieletow¹. W sieciszkieletowej s¹ stosowane ró¿norodne techniki przesy³ania infor-macji oraz ró¿norodne media transmisyjne. Jej cech¹ charakte-rystyczn¹ jest stacjonarnoœæ rozmieszczenia elementów sieci.Styk sieci szkieletowej z sieci¹ dostêpow¹, której elementem jestkana³ dostêpowy dla ruchomego u¿ytkownika, musi dopasowy-waæ charakterystyki us³ug telekomunikacyjnych obu sieci. Przed-stawiona w dalszej czêœci ró¿norodnoœæ us³ug telekomunikacyj-nych oferowanych w ramach systemu 3G i ró¿norodnoœæ gene-rowanego przez te us³ugi ruchu wymaga odpowiedniego stykuz sieci¹ szkieletow¹ albo wydzielonej sieci szkieletowej. Obecniemamy do czynienia ze znaczn¹ liczb¹ ró¿nych interfejsów na sty-ku z sieci¹ szkieletow¹. Nie jest to korzystne rozwi¹zanie i w ra-mach sieci szkieletowych d¹¿y siê do ujednolicenia tych interfej-sów, zw³aszcza ¿e wszystkie us³ugi œwiadczone przez sieci tele-komunikacyjne generuj¹ ci¹gi binarne. Mo¿na by spróbowaæ jeprzesy³aæ w ramach jednolicie zarz¹dzanej sieci szkieletowej.Jednolite zarz¹dzanie oznacza jednolite formatowanie ci¹gów bi-narnych oraz jednolite kierowanie ruchem tak sformatowanychci¹gów. Tego rodzaju próby podejmowano ju¿ wczeœniej. Pierw-sza zosta³a zakoñczona w ramach standardu ISDN (IntegratedServices Digital Network), a nastêpna – standardu ATM. Jak wie-my, obie próby nie zakoñczy³y siê satysfakcjonuj¹cym sukce-sem. Pierwsze rozwi¹zanie nie by³o dostatecznie elastyczne,a drugie nie zd¹¿y³o dojrzeæ, gdy pojawi³a siê trzecia propozycja(IP). Dlaczego sieæ ISDN nie sprawdzi³a siê? Powodem by³a pró-ba integracji us³ug bez uwzglêdnienia mo¿liwoœci ich rozwoju.Pojawi³y siê bowiem us³ugi o charakterystykach daleko odbiega-j¹cych od wyobra¿eñ twórców standardu. Ten etap rozwoju tele-komunikacji, nazywany integracj¹ us³ug, mo¿na uznaæ za za-mkniêty. Obecnie trwaj¹ prace, których celem jest konwergen−cja technik przesyłania informacji użytkowych i sterującychw sieciach szkieletowych z zastosowaniem trybu komutacji pa-kietów opartej na protoko³ach internetowych. Trudno oceniæ, ja-kie s¹ perspektywy tych prac, ale ju¿ pojawili siê operatorzy sie-ci szkieletowych, oferuj¹cy interfejs do sieci w pe³ni zgodny z tymtrybem. Przy okazji konwergencji technik przesy³ania informacjiw sieciach szkieletowych pojawi³a siê mo¿liwoœæ konwergencjiusług, przez któr¹ rozumie siê nowe zdefiniowanie us³ug teleko-munikacyjnych, tak by mog³y byæ one œwiadczone niezale¿nie odrodzaju kana³u dostêpowego i niezale¿nie od tego czy us³uga

jest realizowana dla terminalu ruchomego (kana³ radiowy) czystacjonarnego (kana³ przewodowy). Obydwie p³aszczyzny kon-wergencji ilustruje rys. 5. Mo¿na przypuszczaæ, ¿e jeœli omawia-ne prace zakoñcz¹ siê sukcesem, to ogromnie wzroœnie spraw-noœæ wykorzystania zasobów ju¿ funkcjonuj¹cych sieci. Realiza-cja konwergencji technik przesy³ania informacji i us³ug umo¿liwibowiem jednolit¹ realizacjê ró¿nych us³ug w sieci szkieletowej,pe³ne uwzglêdnienie wymaganych charakterystyk jakoœciowychQoS (Quality of Service) dla ka¿dej us³ugi wraz z jej rozwojemi ³atwe wprowadzanie nowych us³ug.

Przedstawiony w dalszej czêœci artyku³u przegl¹d us³ugw systemie UMTS i ich charakterystyk ma na celu pokazaniez jednej strony ujednoliconego spojrzenia na us³ugi œwiadczonepoprzez kana³ radiowy, a z drugiej – pokazanie takich w³aœciwo-œci tych us³ug, które s¹ charakterystyczne dla systemu UMTS.

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKASYSTEMU UMTS Z PUNKTU WIDZENIAUSŁUG

Jak wiadomo (patrz np. [4], [6]), wœród g³ównych celów budo-wy systemu UMTS nale¿y wymieniæ z jednej strony zapewnieniew nim dostêpnoœci u¿ytkownikom do nowych rodzajów us³ug,w tym ró¿nych us³ug realizowanych równocześnie, które nie by-³y mo¿liwe do uzyskania w systemach II generacji, gdy¿ wyma-gaj¹ znacznie wiêkszych oraz na ogó³ zmiennych szybkoœcitransmisji, a z drugiej – ulepszenie jakoœci us³ug znanych ju¿w systemach II generacji, tzn. zwiększenie odporności przesy−łanych strumieni informacji na zaniki i zakłócenia w kanaleoraz umożliwienie globalnego dostępu do usług. Œciœlejrzecz bior¹c, w pierwszej fazie powstawania systemu UMTS bê-dzie dostêpna transmisja strumieni informacji o zasiêgu global-nym w trybie komutacji kanałów z przep³ywnoœci¹ przynaj-mniej 144 kbit/s, a byæ mo¿e nawet 384 kbit/s, do/z terminaliprzemieszczaj¹cych siê z du¿¹ prêdkoœci¹2) oraz transmisja stru-mieni informacji o zasiêgu lokalnym w trybie komutacji pakie−tów z przep³ywnoœci¹ osi¹gaj¹c¹ nawet 2 Mbit/s do/z terminaliprzemieszczaj¹cych siê powoli3) (patrz [4], [5]).

Transmisja z dupleksem częstotliwościowym, w którymka¿dy z pary kana³ów przeznaczonych do transmisji w górê/wdó³ ma tê sam¹ przep³ywnoœæ i który jest stosowany w najbar-dziej znanych systemach II generacji, w tym w systemie GSM,bêdzie w systemie UMTS dostêpna globalnie. Transmisja z du−pleksem czasowym bêdzie natomiast – podobnie jak w syste-mie DECT – dostêpna jedynie lokalnie, w niektórych obszarachpokrycia i to w ma³ych komórkach, w których nadawanie i odbiórna przemian na tej samej czêstotliwoœci noœnej nie bêd¹ stano-wi³y przeszkody w sprawnym komunikowaniu siê, pomimo wyni-kaj¹cych st¹d dodatkowych opóŸnieñ. Zalet¹ transmisji z duplek-sem czasowym jest mo¿liwoœæ wymienności przepływnościkanałów dostępnych do transmisji w górę/w dół, a wiêcbardziej efektywne wykorzystanie przep³ywnoœci kana³u duplek-sowego, szczególnie przydatne w przypadku us³ug charaktery-zuj¹cych siê asymetrią natężeń strumieni w obu kierunkach(np. us³ugi przegl¹dania stron WWW).

System UMTS zapewni wiêc (patrz [6]): M uzgodnione w skali miêdzynarodowej standardy us³ug, inter-fejsów i protoko³ów komunikacyjnych, M otwart¹ architekturê – dla wprowadzania nowych rodzajówus³ug i nowych technik,M modu³ow¹ budowê urz¹dzeñ i oprogramowania – dla umo¿li-wienia rozwoju systemu z up³ywem czasu, poczynaj¹c od pod-stawowej konfiguracji,

PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXV nr 11−−12/2002

OO Rys. 5. Płaszczyzny konwergencji technik przesyłania informacjii usług. Oznaczenia: DU – dostawca usługi, OUR – odbiorca usługiz terminalem ruchomym, OUP – odbiorca usługi z terminalem prze−wodowym, SS – sieć szkieletowa, SDR – sieć dostępowa z kanałemradiowym, SDP – sieć dostępowa z kanałem przewodowym

––––––––2) do 500 km/godz3) do 10 km/godz

M terminale wielosystemowe o funkcjach i us³ugach kszta³towa-nych programowo,M ten sam zestaw us³ug podstawowych, niezale¿nie od tego,gdzie aktualnie znajduje siê u¿ytkownik,M dostêp w dowolnym miejscu do us³ug oferowanych przez wiê-cej ni¿ jednego operatora (w segmencie naziemnym i/lub sateli-tarnym), M elastyczne dostosowywanie pojemnoœci systemu w ró¿nychobszarach do zmieniaj¹cego siê zapotrzebowania na us³ugi,M wielostopniow¹ ochronê kryptograficzn¹, M dostarczanie do terminalu informacji o jego po³o¿eniu geogra-ficznym, M sta³y adres u¿ytkownika, niezale¿nie od jego po³o¿enia w ska-li globalnej i in.

Przysz³y system bêdzie funkcjonowa³ w ró¿nych œrodowi-skach propagacyjnych. Segment naziemny bêdzie obejmowaæœrodowiska otwarte: miejskie, wiejskie i górzyste oraz œrodowi-ska zamkniête, jakie tworz¹ wnêtrza budynków biurowych. Seg-ment satelitarny bêdzie zapewniaæ dostêp do us³ug na obsza-rach mórz i oceanów, a tak¿e pustyñ i obszarów górskich orazwszêdzie tam, gdzie brak jest naziemnej infrastruktury telekomu-nikacyjnej b¹dŸ jest ona niedostatecznie rozwiniêta.

System UMTS bêdzie obs³ugiwa³ u¿ytkowników zlokalizowa-nych w ró¿nych klasach komórek, o zró¿nicowanych wymiarach,które bêd¹ tworzyæ pewn¹ hierarchiê topologiczn¹ i systemow¹.Wiêkszoœæ obszarów l¹dowych bêdzie równoczeœnie pokrytaprzez przynajmniej dwie nak³adaj¹ce siê warstwy komórek o od-miennych wymiarach, tworz¹ce tzw. strukturê parasolow¹, a ob-szary miejskie bêd¹ nierzadko pokryte równoczeœnie nawetprzez trzy warstwy komórek.

Najmniejsze komórki (pikokomórki wewn¹trz budynków biuro-wych) oraz nieco wiêksze komórki (mikrokomórki w centrachhandlu i biznesu w miastach) bêd¹ g³ównie obs³ugiwa³y u¿ytkow-ników przemieszczaj¹cych siê powoli (pieszych), którzy bêd¹mieli dostêp do wszystkich lub prawie wszystkich us³ug. Komór-ki œredniej wielkoœci bêd¹ obs³ugiwa³y przewa¿nie u¿ytkownikówprzemieszczaj¹cych siê w pojazdach wzd³u¿ g³ównych tras miej-skich o du¿ym natê¿eniu ruchu drogowego i dla nich bêdzie do-stêpny znaczny podzbiór us³ug, natomiast du¿e komórki bêd¹zapewnia³y jedynie podstawowy zbiór us³ug, lecz na rozleg³ychobszarach wiejskich. W hiperkomórkach bêd¹ dostêpne us³ugipodstawowe przede wszystkim dla u¿ytkowników znajduj¹cychsiê na obszarach mórz i oceanów oraz na obszarach l¹dów pozbawionych naziemnej infrastruktury telekomunikacyjnej (pu-stynie, rozleg³e obszary górzyste). W hiperkomórkach bêd¹ te¿czêsto realizowane po³¹czenia miêdzynarodowe i miêdzykonty-nentalne. Taka hierarchia struktur komórkowych zapewni wiêk-sz¹ dostêpnoœæ do us³ug i umo¿liwi elastyczn¹ obs³ugê zmienne-go w czasie natê¿enia ruchu telekomunikacyjnego i w razie po-trzeby dynamiczne powiêkszanie pojemnoœci w komórkacho zwiêkszonym przejœciowo zapotrzebowaniu na us³ugi przezpo¿yczanie kana³ów z s¹siednich, mniej obci¹¿onych komórekoraz rekonfiguracjê po³¹czeñ terminali w obrêbie ró¿nych klaskomórek. Bêdzie te¿ sprzyjaæ ograniczeniu ruchu prze³¹czenio-wego – w zale¿noœci od szybkoœci przemieszczania siê termina-li – który generuje du¿e natê¿enie strumienia informacji steruj¹-cych i anga¿uje znaczne zasoby.

KLASY USŁUG I WYMAGANIAJAKOŚCIOWE NAKŁADANE NA SYSTEM

Ró¿ne us³ugi telekomunikacyjne maj¹ odmienne charakte-rystyki generowanych strumieni informacji i maj¹ ró¿ny wp³yw naprojektowanie systemu i jego pojemnoœæ. Charakterystyki te okre-œlaj¹ rozk³ady prawdopodobieñstwa momentów pojawiania siê in-

formacji i ich d³ugoœci, porowatoœæ strumieni informacji oraz nie-zbêdne przep³ywnoœci i ich fluktuacje, a tak¿e asymetriê natê¿e-nia strumieni w ³¹czu w górê i w dó³, a ich wp³yw na projekto-wanie systemu zale¿y od ró¿nych wymaganych wartoœci wskaŸ-ników jakoœciowych, w tym: dopuszczalnych opóŸnieñ przetwa-rzania sygna³ów i formowania po stronie nadawczej pakietówprzenosz¹cych informacje oraz przetwarzania i odtwarzania infor-macji po stronie odbiorczej, prawdopodobieñstw b³êdów elemen-tarnych i pakietowych, dopuszczalnych wahañ odstêpów czasumiêdzy kolejno odtwarzanymi w danym strumieniu informacjamia informacjami w strumieniu dostarczanym do przes³ania i in.

Istotn¹ i wa¿n¹ cech¹ systemu UMTS jest mo¿liwoœæ negocjo-wania z systemem przez u¿ytkownika/aplikacjê wymaganychatrybutów planowanego po³¹czenia, a wiêc trybu komutacji (ko-mutacja kana³ów/pakietów), szybkoœci transmisji, opóŸnienia,dopuszczalnej stopy b³êdów, symetrii/asymetrii natê¿enia ruchuw ³¹czu w górê/w dó³, zabezpieczenia przed b³êdami (jednako-we w obu ³¹czach lub niejednakowe, ewentualnie brak zabezpie-czenia). Podczas po³¹czenia mog¹ byæ niezale¿nie uruchamianenowe us³ugi, a inne mog¹ byæ koñczone. System UMTS mo¿ezmieniaæ szybkoœæ i jakoœæ transmisji w zale¿noœci od jakoœci ka-na³u radiowego i jego obci¹¿enia, oczywiœcie w dopuszczalnychgranicach okreœlonych podczas negocjacji. Warto te¿ pamiêtaæ,¿e wiêkszoœæ zastosowañ systemu UMTS jest obecnie ukierun-kowana na dostêp do zasobów sieci Internet oraz us³ugi zwi¹za-ne z sieci¹ N−ISDN.

Ze wzglêdu na ró¿norodnoœæ us³ug i ich charakterystyki orazwymagania, jakie stawiaj¹ one systemowi UMTS, mo¿na wyró¿-niæ cztery klasy us³ug i zwi¹zane z nimi oczekiwania jakoœciowe(Quality of Service – QoS) [4], [8], [9]. S¹ to klasy: konwersacyj−na, strumieniowa, interakcyjna i podstawowa. Czynnikiem,który umo¿liwia ich rozró¿nienie, jest stopieñ wra¿liwoœci naopóŸnienia i/lub ich fluktuacje, przy czym us³ugi konwersacyjnes¹ najbardziej wra¿liwe, a us³ugi podstawowe s¹ najmniej wra¿-liwe na charakterystyki opóŸnieniowe.

W tabeli 1 s¹ podane klasy us³ug dostêpnych w systemieUMTS i oczekiwane podstawowe jego charakterystyki niezbêdnedo ich realizacji.

642 PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXV nr 11−−12/2002

Konwersacyjna Zachowanie relacji czasowych Sygna³y mowy,miêdzy informacjami, ma³e wideotelefoniaopóŸnienie transmisji

Strumieniowa Zachowanie relacji czasowych Us³ugimiêdzy informacjami multimedialne

Interakcyjna Zapewnienie sprawnej wymiany Przegl¹danieinformacji w trybie zapytanie/ stron WWW/odpowiedŸ, zachowanieintegralnoœci przesy³anych informacji

Podstawowa Zachowanie integralnoœci Pocztaprzesy³anych informacji elektroniczna

OO Tabela 1. Klasy usług i wymagane podstawowe charakterystykisystemu UMTS

Rodzaj klasy

Podstawowe charakterystykiwymagane od systemu

UMTS dla realizacji usługdanej klasy

Przykłady

W pocz¹tkowej fazie funkcjonowania systemu us³ugi nale¿¹cedo klas konwersacyjnej i strumieniowej bêd¹ realizowane w try-bie komutacji kana³ów, natomiast us³ugi interakcyjne i podstawo-we bêd¹ korzysta³y z trybu komutacji pakietów.

Aby analizowaæ wymagania stawiane systemowi UMTS przezró¿ne rodzaje us³ug telekomunikacyjnych i okreœlaæ niezbêdnedla nich procedury dostêpu, charakterystyki jakoœciowe i opóŸ-nieniowe oraz przep³ywnoœci, konieczna jest znajomoœæ modelitych us³ug. Ogólnie rzecz bior¹c, mo¿na wyró¿niæ usługi reali−zowane w trybie czasu rzeczywistego (zwane dalej w skrócie

643

usługami czasu rzeczywistego) i usługi realizowane bezograniczeń trybu czasu rzeczywistego (non-real time services– NRT). Przyk³adami us³ug czasu rzeczywistego jest przesy³aniesygna³ów mowy i wideotelefonia, natomiast do us³ug, które niewymagaj¹ ograniczeñ trybu czasu rzeczywistego (us³ugi NRT),nale¿y np. przegl¹danie stron WWW i przesy³anie plików.

Zgodnie ze specyfikacj¹ systemu [8] dla us³ug czasu rzeczy-wistego w œrodowiskach propagacyjnych: miejskim, wiejskimi we wnêtrzach budynków stopa b³êdów powinna siê mieœciæw przedziale 10–3÷10–7, a maksymalne opóŸnienie w granicachod 20 ms do 300 ms, jednoczeœnie w œrodowisku satelitarnymopóŸnienie nie powinno przekraczaæ 400 ms, przy tej samej sto-pie b³êdów. Natomiast us³ugi NRT powinny byæ realizowane przystopie b³êdów w zakresie 10–5÷10–8 i maksymalnym opóŸnieniu150 ms lub wiêcej z wyj¹tkiem œrodowiska satelitarnego, w któ-rym maksymalne opóŸnienie mo¿e wynosiæ 1200 ms lub wiêcej.

Us³ugi konwersacyjne

Jak widaæ z tabeli 1, najbardziej znan¹ us³ug¹ nale¿¹c¹ doklasy konwersacyjnej jest us³uga przesy³ania sygna³ów mowy,która jest powszechnie realizowana w trybie komutacji kana³ów.Natê¿enie ruchu rozmównego jest praktycznie jednakowe w obukierunkach, a po¿¹dane opóŸnienie od nadawcy do odbiorcy niepowinno przekraczaæ 150 ms.

Dostêp do zasobów Internetu i us³ugi multimedialne rozsze-rzaj¹ klasê konwersacyjn¹ o us³ugê przesy³ania sygna³ów mowyprzez sieæ Internet (VoIP), opart¹ na trybie komutacji pakietóworaz o us³ugê wideotelefonii.

Usługa przesyłania sygnałów mowyUs³uga przesy³ania sygna³ów mowy bêdzie realizowana z wy-

korzystaniem wieloszybkoœciowego kodera Ÿród³owego z liniow¹predykcj¹ [4], wzbudzanego za pomoc¹ wzorcowych ci¹gów sy-gna³ów binarnych (Adaptive Multi-rate Algebraic Code Excited Li-near Prediction Coder – AMR ACELP), który zosta³ przyjêty jakomodel cyfrowy narz¹du mowy cz³owieka. Umo¿liwia on 8 ró¿-nych szybkoœci transmisji: 4,75; 5,15; 5,90; 6,70; 7,40; 7,95; 10,2oraz 12,2 kbit/s, zapewniaj¹cych coraz wy¿sz¹ jakoœæ odtwarza-nia sygna³ów mowy przy coraz wiêkszej szybkoœci. Koder operu-je na ci¹gach próbek sygna³ów mowy o licznoœci 160, otrzymy-wanych co 20 ms, przy czêstotliwoœci próbkowania 8000 pró-bek/s i wykorzystuje tzw. ksi¹¿kê kodow¹ z zapisanymi ci¹gamisygna³ów binarnych, reprezentuj¹cymi elementarne wzorce cy-frowe sygna³ów mowy, których po³o¿enie (indeks) w ksi¹¿ce ko-dowej oraz wzmocnienie i wartoœci parametrów liniowego filtrupredykcyjnego stanowi¹ jedyne informacje przesy³ane do deko-dera Ÿród³owego, odtwarzaj¹cego sygna³y mowy. W ka¿dym blo-ku otrzymywanym co 20 ms i zawieraj¹cym wartoœci parame-trów modelu nastêpuje wydzielenie trzech kategorii bitów ozna-czonych przez A, B oraz C, w zale¿noœci od ich wp³ywu nawiernoœæ odtwarzania sygna³ów mowy. Kategoria A podlega naj-bardziej skutecznemu, a kategoria C – najmniej skutecznemu zabezpieczeniu przed b³êdami wprowadzanymi przez kana³. Ba-dania wykaza³y, ¿e koder Ÿród³owy AMR-ACELP toleruje 1% b³ê-

dów wœród bitów kategorii A, bez zauwa¿alnej degradacji jakoœciodtwarzanych sygna³ów mowy. Przy takim rozwi¹zaniu koderaŸród³owego przyjêto, ¿e jakoœæ po³¹czenia rozmównego ma byækontrolowana przez sieæ dostêpow¹ w zale¿noœci od jej obci¹¿e-nia i sieć może oferować większą pojemność (większą licz−bę równocześnie realizowanych połączeń rozmównych)kosztem degradacji jakości odtwarzania sygnałów mowy,a ponadto może zapewnić większy zasięg przy mniejszejszybkości transmisji sygnałów mowy.

Omówimy teraz bli¿ej model us³ugi przesy³ania sygna³ów mo-wy. Wiadomo, ¿e tego rodzaju us³uga w makroskali jest modelo-wana przez proces zg³oszeñ ¿¹dañ nawi¹zania po³¹czenia o roz-k³adzie Poissona i rozk³ad wyk³adniczy czasu trwania rozmów.Wiadomo te¿, ¿e sygna³y mowy w pojedynczym strumieniui w mikroskali charakteryzuj¹ siê porowatoœci¹, a kolejne seg-menty analogowego sygna³u mowy na wyjœciu mikrofonu s¹przedzielone przedzia³ami ciszy. W czasie trwania ka¿dego seg-mentu sygna³u mowy przyjêty w systemie UMTS koder Ÿród³owygeneruje cyfrowe bloki sygna³ów mowy co 20 ms, a ich liczbama rozk³ad geometryczny. Je¿eli wiêc przyjmiemy graf dwusta-nowy pokazany na rys. 6 jako model Ÿród³a sygna³ów mowy(patrz np. [7]), w którym Poff–on jest prawdopodobieñstwem przej-œcia Ÿród³a ze stanu nieaktywnego do aktywnego, a Pon–off jestprawdopodobieñstwem przejœcia Ÿród³a ze stanu aktywnego donieaktywnego, to liczbê bloków generowanych dla jednego seg-mentu opisuje rozk³ad geometryczny o postaci:

P (L = l) = Pon–off (1 – Pon–off)l –1, (1)

gdzie: 1 – Pon–off jest prawdopodobieñstwem pozostania Ÿród³aw stanie aktywnym.

Wartoœæ œrednia dla rozk³adu geometrycznego jest równa od-wrotnoœci Pon–off i na podstawie pomiarów [7] wiadomo, ¿e:

(2)

tzn. œredni czas trwania segmentu sygna³ów mowy wynosi 17 × 20 ms = 340 ms.

Czas przerwy w aktywnoœci Ÿród³a sygna³ów mowy (pozosta-nia w stanie off) mo¿e byæ równie¿ modelowany rozk³adem geo-metrycznym liczby 20-milisekundowych przedzia³ów czasu, tj.prawdopodobieñstwo, ¿e liczba takich przedzia³ów wynosi n, jestdane wzorem:

P (N = n) Poff-on (1 – Poff–on)n–1, (3)

przy czym pomierzony œredni czas trwania przerwy wynosi:

(4)

Oznacza to, ¿e œredni czas trwania przerwy osi¹ga wartoœæ440 ms.

Mo¿emy teraz okreœliæ prawdopodobieñstwo Pa, ¿e Ÿród³o jestw stanie aktywnym i prawdopodobieñstwo Pn, ¿e Ÿród³o jestw stanie nieaktywnym:

(5a)

(5b)

Nieci¹g³y charakter strumienia sygna³ów mowy, przy wielu ta-kich strumieniach przesy³anych równoczeœnie, wp³ywa w syste-mie UMTS na wyraŸne zmniejszenie œredniej mocy interferencjii na wzrost pojemnoœci systemu, któr¹ mo¿e on dysponowaæ dlainnych rodzajów us³ug. Ze wzoru (5a) lub (5b) mo¿na okreœliæwynikaj¹cy st¹d wzrost pojemnoœci.

PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXV nr 11−−12/2002

OO Rys. 6. Model dwustanowy generatora źródłowego sygnałów mo−wy. Stan on (off) oznacza stan aktywności (nieaktywności) źródłasygnałów mowy

,P

Loffon

171 ==−

E

.221

PN

onoff

==−

E

,44,0=+

=−−

−

offononoff

onoffa PP

PP

.PP

PP

offononoff

offonn 56,0=

+=

−−

−

Usługa wideotelefoniiUs³uga wideotelefonii wymaga podobnych charakterystyk

opóŸnieniowych jak us³uga przesy³ania sygna³ów mowy, jednak-¿e stopieñ kompresji sygna³u obrazu jest du¿o wiêkszy, ni¿ sy-gna³u mowy i dlatego dopuszczalne prawdopodobieñstwo b³êduelementarnego musi byæ zdecydowanie mniejsze. Dla sygna³ówmowy wystarcza bowiem prawdopodobieñstwo b³êdu elementar-nego rzêdu 10–3, a dla sygna³ów obrazu powinno ono byæ rzêdu10–6÷10–7. Cech¹ charakterystyczn¹ strumieni sygna³ów mowyi obrazu s¹ du¿e wahania przep³ywnoœci, które wymagaj¹ za-pewnienia odpowiedniej rezerwy pojemnoœci systemu. Wiadomo(patrz [4], [10]), ¿e w systemie UMTS bêdzie stosowany standardH.324M do wideotelefonii w przypadku trybu komutacji kana³ów,a w przypadku trybu komutacji pakietów bêdzie wchodziæ w grê ulepszona wersja standardu H.323 [4], [11]. W standardzieH.324, pierwotnie opracowanym dla us³ug multimedialnychw sieci telefonicznej, zosta³a do³¹czona opcja przystosowana doradiokomunikacji ruchomej. Obejmuje ona kodowanie Ÿród³owesygna³ów obrazu wg standardu MPEG−4 i kodowanie Ÿród³owesygna³ów mowy wg standardu AMR-ACELP. W standardzie H.324 i H. 324M mo¿liwa jest równie¿ transmisja danych równo-czeœnie z us³ug¹ wideotelefonii.

Przesy³anie sygna³ów obrazu i sygna³ów mowy oraz danychw trybie komutacji pakietów umo¿liwia standard H. 323. W celuograniczenia opóŸnieñ transmisyjnych miêdzy nadawc¹ i odbior-c¹ oraz zachowania relacji czasowych miêdzy kolejnymi wiado-moœciami po stronie nadawczej i odbiorczej w strumieniach sy-gna³ów mowy i sygna³ów obrazu, a tak¿e zapewnienia synchro-nizacji, w komunikacji uczestniczy protokó³ transportowy czasurzeczywistego (Real time Transport Control Protocol – RTCP),który dostarcza datagramy przenosz¹ce informacje ka¿degostrumienia do oddzielnych adresów po stronie odbiorczej, by za-pewniæ odrêbn¹ numeracjê kolejnoœci pakietów i odrêbne prze-twarzanie uwzglêdniaj¹ce specyfikê QoS.

W przypadku po³¹czeñ konferencyjnych sygna³y mowy i obra-zu s¹ przekazywane w oddzielnych sesjach protoko³u czasu rze-czywistego RTP (Real Time Protocol) i z oddzielnymi parami ad-resów lub adresami wielokrotnymi. U¿ytkownik uczestnicz¹cyw obu sesjach musi u¿ywaæ tej samej nazwy w³asnej, aby obie tesesje mog³y byæ wspó³bie¿nie kojarzone.

Standard H. 323 jest obecnie stosowany do realizacji us³ugiwideotelefonii w sieci Internet. Rozwi¹zanie to charakteryzuje siêz³o¿onym sterowaniem transmisj¹. Z tego powodu organizacjastandaryzacyjna IETF dla sieci Internet podjê³a prace nad stwo-rzeniem nowego standardu protoko³u komunikacyjnego (teksto-wego) dla us³ug wideotelefonii. Ma on umo¿liwiaæ realizacjê po-³¹czeñ konferencyjnych pe³nych i mieszanych oraz niezale¿nekorzystanie z ró¿nych us³ug podczas po³¹czenia, a us³ugi wideotelefonii maj¹ byæ dostêpne w terminalu przez zwyk³e klik-niêcie.

Us³ugi strumieniowe

Strumieniowa klasa us³ug wi¹¿e siê z us³ugami multimedialny-mi, dla których przesy³anie strumieni informacji charakteryzuj¹-cych siê porowatoœci¹ odbywa siê w sposób umo¿liwiaj¹cy postronie odbiorczej ich ci¹g³e odtwarzanie, jak by to by³ strumieñci¹g³y. Ta klasa us³ug jest zwi¹zana z dostêpem do okreœlonychzbiorów sieci Internet, gdy u¿ytkownicy nie dysponuj¹ dostatecz-nie du¿¹ szybkoœci¹ ich poboru. Wówczas przeszukiwarki u¿yt-kowników zaczynaj¹ odtwarzaæ pobierane informacje, zanim pe³-ne zbiory dotr¹ do terminali u¿ytkowników. Terminale gromadz¹wiêc stopniowo nap³ywaj¹ce dane i dostarczaj¹ je jako ci¹g³estrumienie do aplikacji, które je przetwarzaj¹ do postaci odpo-wiednich dŸwiêków i/lub obrazów.

Strumieniowa klasa us³ug charakteryzuje siê asymetri¹ natê-¿eñ strumieni w obu kierunkach transmisji i toleruje wiêksze opóŸ-

nienia w pobieraniu, przesy³aniu i odtwarzaniu informacji ni¿ kla-sa konwersacyjna. Nie powinny jednak one przekraczaæ 10 s.

Zasadniczo mo¿na wyró¿niæ dwa odrêbne cele korzystania zestrumieniowej klasy us³ug. S¹ to: ogólny cel informacyjny orazcel dedykowany. Ogólny cel informacyjny dotyczy na ogó³ liczne-go grona przypadkowych u¿ytkowników, jak ma to miejsce, gdyw grê wchodzi serwis wiadomoœci. Tacy u¿ytkownicy s¹ po³¹cze-ni przez kana³y sieci o doœæ ograniczonych przep³ywnoœciachz wysoce wydajnym serwerem (serwerami). W drugim przypad-ku u¿ytkownikami s¹ najczêœciej du¿e firmy, które chc¹ pobieraæaudio- i wideoklipy oraz profesjonalne materia³y szkolenioweb¹dŸ informacyjne i przechowywaæ je w serwerach w³asnych lo-kalnych sieci o du¿ych przep³ywnoœciach, z których korzysta nie-du¿e grono osób. Te dwa odrêbne cele wymagaj¹ oddzielnychrozwi¹zañ.

Us³ugi strumieniowe o ogólnym charakterze informacyjnym s¹obecnie dostarczane w trybie rozsiewczym za poœrednictwemkana³ów o przepustowoœciach 28,8 kbit/s lub 56 kbit/s, w któ-rych mog¹ wystêpowaæ wahania przep³ywnoœci, a us³ugi stru-mieniowe o charakterze informacyjnym dedykowanym korzysta-j¹ z kana³ów o przepustowoœciach od 100 kbit/s do kilku Mbit/s.

Us³ugi interakcyjne i podstawowe

Klasa us³ug interakcyjnych dotyczy zdalnego poboru danychz serwera przez u¿ytkownika lub urz¹dzenie. Tê klasê us³ug charakteryzuje tryb pracy zapytanie/odpowiedŸ. OczywiœcieopóŸnienie od chwili wys³ania zapytania do momentu otrzyma-nia odpowiedzi musi siê mieœciæ w pewnym rozs¹dnym przedzia-le czasu z punktu widzenia reakcji u¿ytkownika i nie powinno przekraczaæ 4 s [8]. Ponadto dla tej klasy us³ug sieæ musi zapewniæ integralnoœæ danych, tj. skuteczne zabezpieczenieprzed b³êdami.

Do najbardziej znanych us³ug klasy interakcyjnej nale¿y prze-gl¹danie stron WWW, wydobywanie danych z bazy danych lubodczyt pomiarów. Dziêki dostêpowi do stron WWW mo¿liwy jesthandel elektroniczny, us³ugi bankowe, dostêp do gazet elektro-nicznych, a tak¿e dostarczanie do terminalu informacji lokalnych(zale¿nych od po³o¿enia terminalu) i dotycz¹cych regionu, w któ-rym przebywa u¿ytkownik. W szczególnoœci mo¿e to byæ wydo-bywanie i dostarczanie lokalnych map b¹dŸ informacji o po³o¿e-niu najbli¿szych stacji benzynowych, hoteli czy restauracji itp. In-formacja o po³o¿eniu mo¿e byæ wprowadzona przez u¿ytkownikalub te¿ sieæ mo¿e okreœliæ po³o¿enie u¿ytkownika na jego ¿¹da-nie. Automatyczne okreœlanie po³o¿enia mo¿e tak¿e towarzyszyæpo³¹czeniom alarmowym u¿ytkownika. Metody okreœlania po³o-¿enia mog¹ byæ oparte na ró¿nicy opóŸnieñ odbioru pakietówprzez w³asn¹ i s¹siednie stacje bazowe lub na systemie GPSwspomagaj¹cym sieæ. Informacja o po³o¿eniu mo¿e wi¹zaæ siênie tylko z po³o¿eniem na p³aszczyŸnie, lecz równie¿ z wysoko-œci¹ npm i mo¿e jej towarzyszyæ wymagany czas jej uzyskanialub ¿¹danie ochrony informacji o po³o¿eniu. Dziêki us³ugom inte-rakcyjnym mo¿liwe jest te¿ wydobywanie danych z baz danych,np. zdjêæ b¹dŸ rysunków.

Przyjrzyjmy siê nieco bli¿ej us³udze przegl¹dania stron WWWi jej modelowi. Ogólnie rzecz bior¹c, pojedyncza strona WWWfaktycznie reprezentuje zbiór informacji, który jest dostarczanyw postaci bloków o ró¿nej d³ugoœci. Bloki te podlegaj¹ segmen-tacji w celu przes³ania w formie ci¹gu pakietów przez kana³.U¿ytkownik odczytuje zawartoœæ ka¿dej strony, zanim sprowadzikolejn¹. Odczytywanie odpowiada d³u¿szym przerwom miêdzykolejnymi ci¹gami pakietów. Mo¿na przyj¹æ, ¿e sesje przegl¹da-nia stron WWW s¹ inicjowane zgodnie z rozk³adem Poissona,lecz natê¿enia strumieni w relacjach stacja bazowa → terminali terminal → stacja bazowa ró¿ni¹ siê istotnie, przy zdecydowa-nie wiêkszym natê¿eniu strumienia w ³¹czu w dó³, w którym bê-

644 PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXV nr 11−−12/2002

645

dziemy dalej rozwa¿aæ pojedynczy strumieñ danych. W modelutego strumienia (patrz [5]) nale¿y wyró¿niæ nastêpuj¹ce jego cha-rakterystyki: M liczbê serii pakietów w czasie sesji,M odstêp czasu miêdzy seriami pakietów,M liczbê pakietów w pojedynczej serii,M odstêp czasu miêdzy pakietami w pojedynczej serii,M rozmiar pakietu.

Cztery pocz¹tkowe charakterystyki s¹ okreœlone przez roz-k³ad geometryczny o odpowiednich wartoœciach œrednich. Roz-k³ad d³ugoœci pakietów mo¿e byæ natomiast modelowany za po-moc¹ rozk³adu Pareto [5] o funkcji gêstoœci prawdopodobieñstwadanej wzorem:

(6)

Wartoœæ œrednia d³ugoœci pakietu wynosi

(7)

W tabeli 2 s¹ podane parametry omawianych rozk³adów dlaus³ugi WWW, gdy α = 1,1, a m = 81,5.

noœæ realizacji us³ug i spe³nienie b¹dŸ nie wymagañ okreœlonychprzez QoS. Straty zasobów warstw ni¿szych mo¿na jednakzmniejszyæ, jeœli zostanie wykorzystana znajomoœæ charaktery-styk ró¿nych rodzajów strumieni ruchu radiokomunikacyjnegodla ró¿nych rodzajów us³ug. Mo¿na bowiem albo nieustannieutrzymywaæ po³¹czenie, w którym wystêpuje sporadyczne prze-sy³anie ci¹gów pakietów z du¿ymi przerwami miêdzy ci¹gami,albo je roz³¹czaæ i zestawiaæ ponownie dla przes³ania kolejnegoci¹gu pakietów. Mamy wówczas mo¿liwoœæ zmniejszenia zu¿y-cia zasobów radiowych systemu kosztem zwiêkszonego opóŸ-nienia zwi¹zanego z ka¿dorazowym zestawianiem po³¹czenia.Pewne us³ugi realizowane w trybie komutacji pakietów, takiejak: przegl¹danie stron WWW, przesy³anie plików lub pocztyelektronicznej, mog¹ wykorzystywaæ nieu¿ytkowane na bie¿¹copojemnoœci systemu, gdy¿ ich minimalne wymagania co doprzepustowoœci kana³u nie s¹ wyraŸnie okreœlone. System mo¿e te¿ wykorzystaæ fakt zmiennej szybkoœci transmisji dlaró¿nych rodzajów us³ug do bardziej efektywnego u¿ytkowaniadostêpnej pojemnoœci. Trzeba jednak pamiêtaæ, ¿e pojawianiesiê nowych rodzajów us³ug wp³ywa na zmianê charakterystykruchu radiokomunikacyjnego. Jako przyk³ad mo¿e s³u¿yæ pocz-ta elektroniczna, której obecnie doœæ czêsto towarzysz¹ za³¹cz-niki, zmieniaj¹ce charakterystyki strumieni dla tego rodzajuus³ugi.

Sprawnoœæ realizacji us³ug w systemie UMTS bêdzie te¿ zale¿eæ od sieci szkieletowych, poœrednicz¹cych na drodze do dostawcy us³ug. Wszelkie niedopasowania charakterystykus³ug w punktach styku albo we fragmentach drogi po³¹-czeniowej bêd¹ niekorzystnie wp³ywaæ na œwiadczone us³ugi.Konwergencja technik przesy³ania informacji i us³ug mo¿e wiêc wyraŸnie polepszyæ jakoœæ tych us³ug i efektywnoœæ wyko-rzystania kana³ów radiowych systemu UMTS oraz sieci szkiele-towej.

LITERATURA

[1] 3GPP Technical Specification Group Services and System Aspects;Vocabulary for 3GPP Specifications (3G TR 21.905 version 5.1.0),2001

[2] ITU-T: Vocabulary of terms for ISDNs, Specification I. 112, 1993[3] Khan F., et al.: TCP performance over CDMA2000 RLP, VTC 2000,

Rhodos [4] Holma H., Toskala A. (editors): WCDMA for UMTS, Wiley, 2000[5] Ojanperä T., Prasad R. (editors): Wideband CDMA for Third Gene-

ration Mobile Communications, Artech House, 1998[6] Rutkowski D.: UMTS – przysz³y system globalnej radiokomunikacji

ruchomej, Przegl¹d Telekomunikacyjny i Wiadomoœci Telekomunika-cyjne, nr 11, 2001

[7] Liu T., Silvester J. A.: Joint Admission/Congestion Control for Wire-less CDMA Systems Supporting Integrated Services, IEEE Journalon Selected Areas in Communications, Vol. 16, No. 6, August 1998

[8] ETSI, Service Aspects; Services and Service Capabilities (3G TS22.105 version 4.2.0), 2001

[9] 3GPP, Technical Specification Group Services and System Aspects;QoS Concept and Architecture (3G TS 23.107 version 5.3.0), 2002

[10] ETSI, Codec for Circuit Switched Multimedia Telephony Service; Ge-neral Description (3G TS 26.110 version 4.1.0), 2001

[11] ETSI, Telecommunications and Internet Protocol Harmonization overNetworks; Requirement Definition Study; SIP and H. 323 Interwor-king (TR 101 308 version 1.1.1), 2001

Artykuł recenzowany

(Artyku³ nades³ano do red. – paŸdziernik 2002)

PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXV nr 11−−12/2002

OO Tabela 2. Wartości średnie rozkładów dla typowej usługi WWW

Średnia liczba seriipakietóww sesji

Średni odstęp czasu

między seriami

pakietów [s]

Średnialiczba

pakietóww serii

Średni odstęp cza−su międzypakietami

[s]

Średniaszybkośćtransmisji

[kbit/s]

` 0,96 8

0,12 64

5 12 15 0,05 144

0,02 384

0,004 2048

Jak ju¿ wspomniano, u¿ytkownicy us³ug interakcyjnych toleru-j¹ opóŸnienia kilku sekund, lecz wymagaj¹ wysokiej jakoœcitransmisji. Dziêki takim dopuszczalnym opóŸnieniom mo¿na re-alizowaæ bardziej skuteczne kodowanie kana³owe z przeplotemo wiêkszym zasiêgu i dokonywaæ retransmisji, uzyskuj¹c wy¿sz¹jakoœæ, która powinna zapewniaæ prawdopodobieñstwo b³êdówpakietowych nie wiêksze ni¿ 10–3 oraz prawdopodobieñstwo b³ê-dów elementarnych nie wiêksze ni¿ 10–6. Rozwa¿ane us³ugi wy-magaj¹ wiêc mniejszych wartoœci stosunku mocy sygna³u u¿y-tecznego do mocy interferencji S/I i umo¿liwiaj¹ osi¹gniêcie wiê-kszej pojemnoœci systemu.

Klasa podstawowa us³ug obejmuje pocztê elektroniczn¹i SMS-y, ale mo¿e te¿ dotyczyæ przesy³ania plików i odczytu po-miarów. Ostatnio coraz bardziej rozwija siê us³uga przesy³aniaelektronicznych kart pocztowych. Us³ugi tego rodzaju nie wyma-gaj¹ natychmiastowej reakcji ze strony odbiorcy i dlatego przeka-zywane informacje mog¹ nadchodziæ z opóŸnieniami wielu se-kund lub minut. Wa¿ne jest jednak zapewnienie bezb³êdnego ichprzekazu.

✽ ✽ ✽

W artykule zosta³ uwypuklony wielowarstwowy model œwiad-czenia us³ug w systemie UMTS, w którym ka¿da warstwa po-ch³ania czêœæ zasobów warstw ni¿szych do realizacji tylko i wy-³¹cznie swoich zadañ. Warstwa aplikacji – jako warstwa naj-wy¿sza – doœwiadcza kumulacji strat zasobów wprowadzanychprzez wszystkie ni¿sze warstwy, co musi rzutowaæ na spraw-

.mxmx

mxp ≥≥= − ,0,,)( 1 αα

α

α

.m

X 1,1

>−

= αααE