Λύσεις — Κεφάλαιο 8 · Ασύρματες Επικοινωνίες & Κινητικότητα (Ερωτήσεις, σελ. 189) – ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ

Λύσεις — Κεφάλαιο 8 · Ασύρματες Επικοινωνίες & Κινητικότητα (Ερωτήσεις, σελ. 189)

Απαντήσεις στις ερωτήσεις του βιβλίου για ασύρματες/κινητές επικοινωνίες.

Κινητικότητα

Ερώτηση: 1. Ποια είναι η έννοια της κινητικότητας στις επικοινωνίες;

Απάντηση:

• Κινητικότητα είναι η επίτευξη επικοινωνίας χωρίς γεωγραφικά και χρονικά όρια, δηλαδή η δυνατότητα επικοινωνίας με οποιονδήποτε, οποτεδήποτε και οπουδήποτε και αν βρίσκεται.
• Με τα κινητά (κυψελωτά) δίκτυα αντιμετωπίστηκε για πρώτη φορά σε μεγάλο βαθμό η δυνατότητα επικοινωνίας εν κινήσει και σε διαφορετικούς γεωγραφικούς χώρους.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η δυνατότητα επικοινωνίας με οποιονδήποτε, οποτεδήποτε και οπουδήποτε, χωρίς γεωγραφικά και χρονικά όρια.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: χωρίς γεωγραφικά/χρονικά όρια (οποιονδήποτε, οποτεδήποτε, οπουδήποτε).

Ασύρματη vs κινητή τηλεφωνία

Ερώτηση: 2. Τι είναι η ασύρματη τηλεφωνία και τι η κινητή τηλεφωνία; Ποια είναι η βασική διαφορά μεταξύ τους;

Απάντηση:

• Ασύρματη τηλεφωνία (cordless): ο χρήστης συνδέεται με το υπάρχον τηλεφωνικό δίκτυο μέσω ασύρματης συσκευής· το ακουστικό δεν χρειάζεται καλώδιο προς τη σταθερή (καλωδιωμένη) βάση, μέσω της οποίας γίνεται η σύνδεση με το δίκτυο.
• Κινητή τηλεφωνία (mobile): τα κινητά τηλέφωνα είναι εντελώς αυτόνομες συσκευές με πρόσβαση σε ειδικό τηλεφωνικό δίκτυο (κυψελωτό) και εμβέλεια πολύ μεγαλύτερη από κάθε ασύρματο τηλέφωνο.
• Βασική διαφορά: το ασύρματο απαιτεί σταθερή βάση και καλύπτει μικρές αποστάσεις· το κινητό είναι αυτόνομο και καλύπτει μεγάλες αποστάσεις διατηρώντας την ελευθερία κίνησης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ασύρματο = ακουστικό χωρίς καλώδιο προς σταθερή καλωδιωμένη βάση (μικρή εμβέλεια)· κινητό = αυτόνομη συσκευή σε ειδικό δίκτυο με πολύ μεγαλύτερη εμβέλεια.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σταθερή βάση έναντι αυτόνομης συσκευής και ειδικού δικτύου.

Πρόβλημα συχνοτήτων & λύση

Ερώτηση: 3. Ποιο είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα στην ασύρματη τηλεφωνία; Έχει αντιμετωπιστεί μέχρι σήμερα και πώς;

Απάντηση:

• Πρόβλημα: η έλλειψη επαρκών συχνοτήτων (κορεσμός): πολλές συσκευές, συχνά μεγάλης εμβέλειας, λειτουργούσαν ταυτόχρονα στις ίδιες συχνότητες σε πυκνοκατοικημένες περιοχές.
• Αρχικά: οι κατασκευαστές κατέλαβαν αυθαίρετα όλο και περισσότερες συχνότητες και κάθε κράτος έθεσε χωριστά όρια → τεράστια ποικιλία συσκευών και συχνοτήτων, με παρεμβολές σε άλλα δίκτυα (κρατικά, στρατιωτικά, πολιτικής αεροπορίας). Στην Ελλάδα κανονισμός υπήρξε μόλις τον Σεπτέμβριο του 1997.
• Προσπάθειες λύσης: το 1986 η ΕΟΚ θέσπισε κανονιστικό πλαίσιο, που όμως δεν διαδόθηκε ευρέως· από το 1989 ξεκίνησε η δημιουργία ψηφιακού προτύπου, από την οποία προέκυψε το DECT.
• Συμπέρασμα: το πρόβλημα δεν έχει λυθεί πλήρως (η πολυτυπία παραμένει), αλλά το ψηφιακό πρότυπο DECT αναμένεται να επικρατήσει.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η έλλειψη επαρκών συχνοτήτων. Δεν λύθηκε πλήρως: μετά από αυθαίρετες λύσεις και το πλαίσιο της ΕΟΚ (1986), η λύση προσανατολίζεται στο ψηφιακό πρότυπο DECT.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: πρόβλημα συχνοτήτων + πορεία προς τυποποίηση (ΕΟΚ 1986, DECT).
• Η ερώτηση αφορά την ασύρματη (cordless) τηλεφωνία, όχι την κινητή.

Κυψελωτό δίκτυο & πλεονεκτήματα

Ερώτηση: 7. Ποια είναι η έννοια του κυψελωτού δικτύου; Τι πλεονεκτήματα προσφέρει;

Απάντηση:

• Τα κυψελωτά δίκτυα βασίζονται στη διαίρεση μιας μεγάλης γεωγραφικής περιοχής σε μικρότερες, τις κυψέλες (cells)· κάθε κυψέλη διαθέτει ένα σταθερό σταθμό βάσης.
• Πλεονεκτήματα: οι πομποί είναι μικρής ισχύος και οι ίδιες συχνότητες επαναχρησιμοποιούνται σε μη γειτονικές κυψέλες → κάλυψη μεγάλων περιοχών και πολλών χρηστών ταυτόχρονα, χωρίς μεγάλη ισχύ και μεγάλο αριθμό συχνοτήτων.
• Ο χρήστης μπορεί να κινείται μέσα στην κυψέλη και μεταξύ κυψελών χωρίς διακοπή της επικοινωνίας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Διαίρεση της περιοχής σε κυψέλες με σταθμό βάσης η καθεμία· πομποί μικρής ισχύος και επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων → πολλοί χρήστες σε μεγάλες περιοχές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: κυψέλες + σταθμός βάσης + μικρή ισχύς + επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων.

GSM & πλεονεκτήματα

Ερώτηση: 8. Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος GSM; Πώς λειτουργεί ένα σύστημα GSM; 9. Ποια είναι τα κυριότερα πλεονεκτήματα του GSM σε σχέση με τα αναλογικά συστήματα κινητής τηλεφωνίας;

Απάντηση:

• Χαρακτηριστικά: ψηφιακό κυψελωτό σύστημα· εκπομπή κινητού 890-915 MHz, σταθμού βάσης 935-960 MHz (διαχωρισμός 45 MHz), κανάλια εύρους 200 kHz, 125 κανάλια, κυψέλη ακτίνας έως 35 km, δεδομένα έως 9600 bps.
• Λειτουργία: κάθε κυψέλη έχει σταθμό βάσης που συνδέεται ασύρματα με τα κινητά και ενσύρματα με το κέντρο μεταγωγής (MTSO). Η φωνή μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα και μεταδίδεται στα UHF (γύρω στα 900 MHz). Ο σταθμός βάσης ορίζει το κανάλι κάθε κινητού και χειρίζεται πολλά κανάλια με FDMA· σε κάθε κανάλι μιλούν έως 8 κινητά με TDMA (το κινητό εκπέμπει μία φορά κάθε 4,615 ms). Ο συνδρομητής κινείται μέσα στην κυψέλη ή μεταξύ κυψελών χωρίς διακοπή, ακόμη και με 240 km/h.
• Πλεονεκτήματα έναντι αναλογικών: καλύτερη εκμετάλλευση φάσματος (μεγαλύτερη χωρητικότητα ανά κυψέλη)· μικρότερα, ελαφρύτερα, φθηνότερα κινητά· σημαντικά καλύτερη ποιότητα φωνής· συμβατότητα με διεθνή πρότυπα και ενσύρματα δίκτυα· ευρεία διεθνής αποδοχή (λειτουργία σε πολλές χώρες, χαμηλότερο κόστος).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ψηφιακό κυψελωτό σύστημα στα 900 MHz, κανάλια 200 kHz, FDMA + TDMA (8 χρήστες/κανάλι)· πλεονεκτεί σε χωρητικότητα, μέγεθος/κόστος συσκευών, ποιότητα φωνής, συμβατότητα και διεθνή αποδοχή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ψηφίωση φωνής + σταθμός βάσης/MTSO + FDMA/TDMA + τουλάχιστον 3 πλεονεκτήματα.
• Κινητό: 890-915 MHz· σταθμός βάσης: 935-960 MHz — μην τα αντιστρέψεις.

DCS-1800 & UMTS

Ερώτηση: 10. Περιγράψτε το σύστημα κινητής τηλεφωνίας DCS 1800. Ποιες οι διαφορές του από το GSM; Σε ποιες περιπτώσεις πλεονεκτεί του GSM; 11. Ποια είναι η εξέλιξη στα ψηφιακά συστήματα κινητής τηλεφωνίας; Περιγράψτε τα βασικά χαρακτηριστικά του νέου συστήματος.

Απάντηση:

• DCS-1800: κυψελωτό σύστημα που προέρχεται από το GSM (ETSI, 1991), με παρόμοια αρχιτεκτονική και λειτουργίες.
• Διαφορές από GSM: λειτουργεί στα 1800 MHz (κινητά 1790-1865, σταθμοί βάσης 1885-1960 MHz)· τριπλάσιο εύρος (75 MHz) → τριπλάσια κανάλια (375) και τριπλάσια χωρητικότητα ανά κυψέλη (με TDMA 8 ζεύξεις/κανάλι)· χαμηλότερη ισχύς εκπομπής και μεγαλύτερη απόσβεση → μικρότερες κυψέλες (8 km έναντι 35 km).
• Πλεονεκτεί: καλύτερη απόδοση και μικρότερα κενά κάλυψης → ιδανικό για πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές, εμπορικά κέντρα, αεροδρόμια.
• Εξέλιξη — UMTS: η επόμενη γενιά μετά τα GSM, DCS και DECT, που σχεδιάστηκε από το ETSI· περιοχή συχνοτήτων γύρω στα 2000 MHz, ρυθμοί έως 2 Mbps· προσφέρει το σύνολο των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών (όπως ένα σταθερό δίκτυο), είναι κατάλληλο για κάθε περιβάλλον, προσαρμόσιμο σε νέες υπηρεσίες και πλήρως συμβατό με τα σταθερά δίκτυα. Συζητείται ήδη και το MBS (έως 155 Mbps).

Σύνοψη: (ενδεικτική) DCS-1800 = GSM στα 1800 MHz με τριπλάσια χωρητικότητα, χαμηλότερη ισχύ και μικρότερες κυψέλες (ιδανικό σε πυκνές αστικές περιοχές). Εξέλιξη: UMTS στα 2000 MHz με έως 2 Mbps και όλες τις υπηρεσίες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: 1800 MHz + τριπλάσια χωρητικότητα + μικρότερες κυψέλες + UMTS (2 Mbps, όλες οι υπηρεσίες).

DECT

Ερώτηση: 4. Τι είναι το DECT; Ποια είναι τα βασικά του χαρακτηριστικά; 5. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του προτύπου DECT; Ποιες είναι οι εφαρμογές του; 6. Τι είναι η Συνεχής Δυναμική Επιλογή Καναλιού και τι η Επαλήθευση Χρήστη;

Απάντηση:

• DECT (Digital European Cordless Telecommunications): πρότυπο ψηφιακής ασύρματης τηλεπικοινωνίας του ETSI για φωνή και δεδομένα σε μικρές αποστάσεις.
• Χαρακτηριστικά: περιορισμένη εμβέλεια, μεγάλη πυκνότητα δικτύου, κυψελωτή λογική με τρισδιάστατες κυψέλες (όροφοι κτιρίου)· έως 10.000 χρήστες και πάνω από 1.000 ταυτόχρονες συνδέσεις ανά km² και όροφο· συνδυασμός πολυπλεξίας χρόνου και συχνότητας· 10 κανάλια στα 1880-1900 MHz με εύρος 1.728 kHz.
• Πλεονεκτήματα: εξαιρετική ποιότητα ήχου· πλήρης προστασία από συνακροάσεις και υποκλοπές· ταυτόχρονη χρήση πολλών φορητών συσκευών από μία βάση· δωρεάν ενδοεπικοινωνία των συσκευών της ίδιας βάσης.
• Εφαρμογές: οικιακή χρήση, γραφεία (τηλεφωνικά κέντρα DECT), τοπικά δίκτυα (αντί καλωδιώσεων), δημόσια χρήση σε τοπικό ανοικτό χώρο.
• Συνεχής Δυναμική Επιλογή Καναλιού (CDCS): η συσκευή ψάχνει συνεχώς το καλύτερο κανάλι προς τον σταθμό βάσης και μεταφέρει αυτόματα την επικοινωνία σε αυτό, χωρίς να το καταλάβει ο χρήστης.
• Επαλήθευση Χρήστη (Authentication): κάθε συσκευή έχει μοναδική παγκοσμίως ταυτότητα που το σύστημα αναγνωρίζει· έτσι μια ξένη ή κλεμμένη συσκευή δεν μπορεί να κάνει κλήσεις χρεώνοντας άλλον και μπορεί να αποκοπεί.

Σύνοψη: (ενδεικτική) DECT = ψηφιακό ασύρματο πρότυπο μικρών αποστάσεων (1880-1900 MHz, τρισδιάστατες κυψέλες)· πλεονεκτήματα: ποιότητα, ασφάλεια, πολλές συσκευές ανά βάση, ενδοεπικοινωνία· CDCS = αυτόματη μετάβαση στο καλύτερο κανάλι· Επαλήθευση = μοναδική ταυτότητα συσκευής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ορισμός + χαρακτηριστικά + πλεονεκτήματα/εφαρμογές + σωστοί ορισμοί CDCS και Authentication.

Δορυφορικές επικοινωνίες

Ερώτηση: 12. Ποιες είναι οι εφαρμογές των δορυφόρων; Κατά τη γνώμη σας ποια από αυτές θα κυριαρχήσει στα επόμενα χρόνια; 13. Γιατί η χρήση των δορυφόρων στις επικοινωνίες είναι απαραίτητη; 14. Ποιες είναι οι υπηρεσίες που μπορούν να προσφέρουν οι δορυφόροι σήμερα στον τομέα των επικοινωνιών;

Απάντηση:

• Εφαρμογές: αρχικά ως απλοί επαναλήπτες μεταξύ μακρινών σημείων, στη συνέχεια μετάδοση τηλεοπτικών προγραμμάτων σε παγκόσμιο επίπεδο και σήμερα δορυφορικές κινητές επικοινωνίες, που (κατά το βιβλίο) έχουν ευοίωνο μέλλον και αναμένεται να κυριαρχήσουν.
• Γιατί απαραίτητοι: η κάλυψη των κινητών δικτύων θα αντιστοιχεί μόνο στο 20% της έκτασης του πλανήτη· το υπόλοιπο 80% (ωκεανοί, έρημοι, βουνά, χώρες του τρίτου κόσμου) δεν θα καλυφθεί λόγω κόστους. Επίσης ο μισός πληθυσμός ζει πάνω από δύο ώρες από το κοντινότερο τηλέφωνο και τα κινητά συστήματα είναι ασύμβατα μεταξύ τους.
• Υπηρεσίες σήμερα: εκτός από την κλασική τηλεφωνία, ψηφιακή τηλεόραση (pay TV, pay per view, video on demand), ταχύτατη πρόσβαση στο Internet και πολυμέσα, αμφίδρομες υπηρεσίες πολυμέσων (τηλεϊατρική, τηλεεκπαίδευση, τηλεεργασία).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Εφαρμογές: αναμετάδοση, τηλεόραση, κινητές επικοινωνίες (θα κυριαρχήσουν)· απαραίτητοι για παγκόσμια κάλυψη όπου τα επίγεια δίκτυα δεν φτάνουν· υπηρεσίες: τηλεφωνία, ψηφιακή TV, Internet, τηλεϊατρική/τηλεεκπαίδευση/τηλεεργασία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: εφαρμογές + λόγος παγκόσμιας κάλυψης + υπηρεσίες.
• Το «ποια θα κυριαρχήσει» ζητά άποψη· αποδεκτή κάθε τεκμηριωμένη απάντηση.

Iridium, Globalstar και ICO

Ερώτηση: 15. Περιγράψτε συνοπτικά τα Δορυφορικά Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας Iridium, Globalstar και ICO.

Απάντηση:

• Iridium: το πρώτο σύστημα παγκόσμιας κινητής επικοινωνίας· αστερισμός 66 LEO δορυφόρων (τροχιά 780 km) και 11 επίγειοι σταθμοί· φωνή, μηνύματα, δεδομένα, φαξ με μία συσκευή και έναν αριθμό από οπουδήποτε. Εμπορική λειτουργία από 1/11/1998, αλλά η εταιρεία πτώχευσε.
• Globalstar: κοινοπραξία ιδιωτικών εταιρειών (1991)· 48 LEO δορυφόροι (+8 εφεδρικοί) σε τροχιά 1.414 km, διάρκεια ζωής 7,5 χρόνια· χαμηλού κόστους τηλεφωνία, δεδομένα, τηλεειδοποίηση, φαξ, εντοπισμός θέσης, συμπληρωματικά με το GSM όπου αυτό δεν φτάνει.
• ICO: ιδρύθηκε το 1995 από την Inmarsat και 46 οργανισμούς· 10 δορυφόροι (+2 εφεδρικοί) μέσης τροχιάς (MEO) σε ύψος περίπου 10.335 km· τηλεφωνία, δεδομένα, φαξ, τηλεειδοποίηση, εντοπισμός θέσης. Η μέση τροχιά απαιτεί λιγότερους δορυφόρους, αλλά πιο ευαίσθητα κυκλώματα λήψης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Iridium: 66 LEO (780 km)· Globalstar: 48 LEO (1.414 km), συμπληρωματικά με GSM· ICO: 10 MEO (10.335 km), λιγότεροι δορυφόροι.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: είδος τροχιάς και πλήθος δορυφόρων για καθένα + βασικές υπηρεσίες.
• LEO: καθαρή λήψη με χαμηλή ισχύ αλλά πολλοί δορυφόροι και μικρή διάρκεια ζωής.

Προσωπικά Συστήματα Επικοινωνιών

Ερώτηση: 16. Τι είναι το Προσωπικό Σύστημα Επικοινωνιών; Ποια η διαφορά του με τα υπάρχοντα συστήματα; Τι είναι ο προσωπικός αριθμός κλήσης; 17. Ποιες είναι οι βασικές αρχές των Προσωπικών Συστημάτων Επικοινωνιών; Πώς θα λειτουργεί ένα τέτοιο σύστημα;

Απάντηση:

• UPT (Universal Personal Telecommunications): σύστημα που αναγνωρίζει τον συνδρομητή από έναν προσωπικό αριθμό, ανεξάρτητα από τη συσκευή· στέλνει και λαμβάνει κλήσεις από οποιαδήποτε συσκευή και οποιοδήποτε σημείο.
• Διαφορά: στα υπάρχοντα δίκτυα (σταθερά και κινητά) ο συνδρομητής συνδέεται με συγκεκριμένη συσκευή ή γραμμή· στο UPT περνάμε από την κινητικότητα της συσκευής στην κινητικότητα του συνδρομητή.
• Προσωπικός αριθμός κλήσης: αριθμός που χαρακτηρίζει τον συνδρομητή, κοινός σε όλα τα συμβατά δίκτυα· με βάση αυτόν γίνεται και η χρέωση (ένας κοινός λογαριασμός).
• Βασικές αρχές: προσωπική κινητικότητα· χρέωση με βάση τον προσωπικό αριθμό· τυπική διαδικασία πρόσβασης στα δίκτυα ανεξάρτητα από το τερματικό· εύκολη επιλογή υπηρεσιών.
• Λειτουργία: ο συνδρομητής παίρνει αριθμό UPT, επιλέγει υπηρεσίες (τηλεφωνία, φαξ, δεδομένα), που αποθηκεύονται σε προσωπικό αρχείο, τον τρόπο πρόσβασης και τον τρόπο αναγνώρισης (authentication). Όταν είναι μακριά, καταχωρεί την προσωρινή του διεύθυνση από οποιοδήποτε τερματικό και κάνει/λαμβάνει κλήσεις από αυτό.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σύστημα με προσωπικό αριθμό ανά συνδρομητή (όχι ανά συσκευή), κοινό σε όλα τα δίκτυα και βάση χρέωσης· αρχές: προσωπική κινητικότητα, χρέωση ανά αριθμό, ενιαία πρόσβαση, εύκολη επιλογή υπηρεσιών.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: αριθμός ανά άτομο + διαφορά από υπάρχοντα + αρχές + τρόπος λειτουργίας.