Стільникові мережі — це бездротові мережі, у яких зона покриття поділена на секції, які називаються «стільниками», кожна з яких обслуговується щонайменше одним приймально-передавачем із фіксованим розташуванням, відомим як стільниковий вузол або базова станція. Ці мережі в основному призначені для надання послуг зв’язку, і вони утворюють основу сучасних телекомунікаційних систем, уможливлюючи бездротовий зв’язок мобільних телефонів, комп’ютерів та інших пристроїв.
Походження та еволюція стільникових мереж
Концепція стільникових мереж вперше з’явилася в 1940-х роках з винаходом мобільного телефону, але лише в 1970-х ця технологія стала комерційно життєздатною. Перша в світі мережа стільникового зв'язку була запущена в Токіо в 1979 році компанією Nippon Telegraph and Telephone (NTT). Після цього в 1981 році в Данії, Фінляндії, Норвегії та Швеції була запущена система Північного мобільного телефону (NMT).
Стільникові мережі першого покоління (1G) використовували аналогові сигнали та мали обмежену пропускну здатність. Невдовзі на початку 1990-х років її замінили мережі другого покоління (2G), які запровадили цифрові технології та забезпечили такі послуги, як SMS-повідомлення та голосова пошта.
Мережі третього покоління (3G) були запущені в 2001 році, пропонуючи більш високу швидкість передачі даних і дозволяючи розширені програми, такі як мобільний доступ до Інтернету та відеодзвінки. Четверте покоління (4G) ще більше підвищило швидкість і ефективність передачі даних, уможлививши мобільне телебачення високої чіткості, відеоконференції та IP-телефонію.
Розширення стільникових мереж
Стільникові мережі формують основу для мобільного зв’язку, забезпечуючи безперебійну передачу голосу, даних і мультимедійного вмісту на великих географічних територіях. Вони структуровані навколо низки взаємопов’язаних базових станцій або вузлів стільникового зв’язку, кожна з яких охоплює певну географічну зону чи стільниковий зв’язок.
Кожна комірка в мережі використовує різні частоти, щоб уникнути перешкод, дозволяючи повторно використовувати частоти в різних комірках. Коли пристрій переміщується з однієї комірки в іншу, процес, відомий як передача обслуговування, переносить з’єднання пристрою зі старої базової станції на нову.
Внутрішня будова стільникових мереж та їх функціонування
Серцем стільникової мережі є Мобільний комутаційний центр (MSC). MSC координує маршрутизацію дзвінків і даних, виконує передачу послуг і відстежує користувачів. Інші важливі компоненти стільникової мережі включають базові станції, які забезпечують покриття в кожній комірці, і магістральну інфраструктуру мережі, яка з’єднує MSC з іншими мережами, такими як Інтернет або стаціонарні телефонні мережі.
Коли користувач здійснює дзвінок або надсилає дані, запит надсилається на найближчу базову станцію. Потім базова станція передає сигнал до MSC, який координує запит виклику/даних. Якщо виклик або дані призначені для іншого користувача в тій же мережі, MSC направляє їх на відповідну базову станцію. Якщо призначений одержувач знаходиться в іншій мережі або є користувачем стаціонарного зв’язку, MSC надсилає виклик/дані до магістральної мережі для маршрутизації.
Основні характеристики стільникових мереж
-
Повторне використання частоти: Стільникові мережі використовують концепцію повторного використання частоти, що дозволяє їм обслуговувати мільйони користувачів з обмеженим розподілом спектру. Кожна комірка працює на унікальному наборі частот, що гарантує відсутність перешкод між сусідніми комірками.
-
Забери руки: Ця функція дозволяє користувачам переміщатися між осередками під час виклику, не втрачаючи з’єднання.
-
Розщеплення клітин: У міру збільшення кількості користувачів комірки можна розділити на менші, що забезпечує більшу місткість.
Типи стільникових мереж
Стільникові мережі можна поділити на широкі категорії на основі їх поколінь. Ось короткий огляд:
| Покоління | Рік запуску | Ключові особливості |
|---|---|---|
| 1G | 1979 | Аналогові голосові дзвінки |
| 2G | Початок 1990-х | Цифрові голосові дзвінки, SMS, низька швидкість передачі даних |
| 3G | 2001 | Висока швидкість передачі даних, відеодзвінки, мобільний інтернет |
| 4G | Кінець 2000-х | Надвисока швидкість передачі даних, HD-відео, покращений захист |
| 5G | 2019 | Наднадійний зв’язок із малою затримкою, масивний зв’язок машинного типу, розширений мобільний широкосмуговий зв’язок |
Програми, проблеми та рішення, пов’язані зі стільниковими мережами
Стільникові мережі мають широкий спектр застосувань, від простих голосових дзвінків і текстових повідомлень до високошвидкісного доступу в Інтернет, потокового відео та міжмашинного зв’язку. Однак вони стикаються з проблемами, такими як прогалини в охопленні, перешкоди сигналу та обмеження пропускної здатності.
Рішення цих проблем включають будівництво додаткових базових станцій, щоб заповнити прогалини в охопленні, використання вдосконалених методів обробки сигналу для зменшення перешкод, а також поділ стільників або перерозподіл спектру для збільшення пропускної здатності.
Порівняння з подібними термінами
| термін | опис |
|---|---|
| Стільникова мережа | Бездротова мережа, де зона покриття поділена на комірки, кожна з яких обслуговується базовою станцією. |
| Мережа WiFi | Бездротова мережа, яка надає доступ до Інтернету в межах обмеженого діапазону, наприклад, вдома чи в офісі. |
| Супутникова мережа | Мережа, яка використовує супутники для забезпечення покриття великих географічних територій, включаючи території, де наземне покриття недоступне. |
Майбутні перспективи та технології, пов'язані зі стільниковими мережами
Майбутнє стільникових мереж полягає в безперервному розвитку технології для задоволення зростаючого попиту на дані та появи нових програм. Шосте покоління (6G) стільникових мереж, розгортання якого очікується приблизно в 2030 році, ймовірно, буде зосереджено на інтеграції мережі зі штучним інтелектом (AI) і подальшому підвищенні швидкості, пропускної здатності та надійності мережі.
Проксі-сервери та стільникові мережі
Проксі-сервери можуть відігравати ключову роль у стільникових мережах, надаючи додатковий рівень безпеки та контролю. Їх можна використовувати для фільтрації вмісту, забезпечення анонімності або навіть стиснення даних, щоб зменшити використання пропускної здатності. Для компаній, які використовують стільникові мережі для передачі даних, проксі-сервер може надати цінний інструмент для керування мережею.
