Lekérés van
Mobilhálózatok együttműködése
Az otthoni, illetve üzleti felhasználók napjainkban egyre több vezetékes és vezeték nélküli technológia közül választhatnak, ha a világhálóra akarnak csatlakozni. A szolgáltatók egymással versengve, különböző áron, sebességgel és földrajzi elérhetőséggel kínálják e technológiák különböző válfajait. Mindegyik rendszernek megvan a maga előnye és hátránya – az ideális az lenne, ha kommunikációs eszközünk mindenkor a számunkra legkedvezőbb rendszert választaná automatikusan anélkül, hogy ebből a kisebb költségen és a nagyobb sebességen kívül bármit is észrevennénk. Ez irányban folynak ígéretes kutatások a Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Híradástechnikai Tanszék Mobil Távközlési és Informatikai Laboratóriumában.
Az internethez csatlakozó állomások száma világszerte rohamosan növekszik – 1994-ben 2 millió volt, tíz évvel később már a legszerényebb becslések, illetve a módszerek miatt szükségszerűen limitált mérések szerint is 233 millió. Ez az egyre szélesebb körben elérhető szolgáltatásoknak és az eszközök alacsony árának köszönhető. Ennél is gyorsabb a mobilkommunikációs eszközök – melyek hatalmas fejlődésen mentek keresztül az utóbbi időben – elterjedésének üteme. A növekedés és a fejlődés hajtóereje az információs társadalom, mely egyre többet és többet költ az információszerzésre. Magyarországon ma tízből nyolc embernek van mobiltelefonja. A számítógépek terjedése ennél lassúbb, főként a magasabb beszerzési ár miatt. A mobiltelefonok ugyanakkor előretörnek, és előbb-utóbb összeolvadnak a számítógépekkel – egyre nagyobb teljesítménnyel, memóriával rendelkeznek, és egyre több funkciót képesek ellátni.
Az internethez csatlakozó számítógépek számának nagymértékű növekedése és a mobilhozzáférés ilyen mértékű elterjedése elősegítette és felgyorsította a hálózatok egységesítését. Az új generációs hálózatok alapját ilyen egységes hálózati platform képezi, mely a nyilvános adathálózat és a nyilvános távbeszélő-hálózat összeolvadásából kialakuló sokszolgáltatású, mindenütt elérhető hálózat a korlátlan mobilitás megvalósítására és világméretű elektronikus piac kialakítására. Eddig elképzelhetetlennek hitt, vagy korábban rendkívül drága szolgáltatások juthatnak el így a felhasználóhoz. Ez azt jelenti, hogy a jövőben egyetlen szélessávú kapcsolat segítségével telefonálhatunk, digitális televíziót nézhetünk, video- és egyéb multimédiás szolgáltatást vehetünk igénybe, a számítógép mellől vásárolhatunk, oktatásban vehetünk részt, vagy akár az orvosunk is megvizsgálhat minket a rendelőjéből – s még számtalan lehetőség adódik, melyeknek csak a képzelet szabhat határt.
Szélessávúnak nevezünk egy kapcsolatot, ha sebessége fix kapcsolat esetén meghaladja a 2000 kb/s-ot, mozgó kapcsolat esetén a 64 kb/s-ot. A ma kínált fix hozzáférések, mint például az ADSL vagy a Chello kábelnet maximálisan körülbelül 1500 kb/s sebességet biztosítanak. A mobilhozzáférésnél a GPRS 64100 b/s elérését teszi lehetővé, tehát ma még nem beszélhetünk egyértelműen szélessávú internetezésről.
Szétváló hálózat- és tartalomszolgáltatás
A lehetséges szolgáltatások növekedésével azonban a hálózat üzemeltetőjének nem lesz elegendő kapacitása, energiája és erőforrása, hogy az összes lehetséges, sokrétű szolgáltatást kialakítsa. Ezért várható, hogy a hozzáférési szolgáltatás és a tartalomszolgáltatás szétválik. A hálózat kiépítéséhez szükséges elemek részben már a rendelkezésünkre állnak. Ezek a hardverek egységesek és szabványosak, ami lehetőséget nyújt arra, hogy a hálózati és tartalomszolgáltatók mellett mások – az úgynevezett harmadik oldal – is szolgáltatásokat fejleszthessenek. Ma – a gyártóspecifikus hálózati elemeknek köszönhetően – csak a gyártók vagy a gyártókkal szorosan együttműködő, speciális környezet által támogatott szakemberek képesek a szolgáltatás fejlesztésére. Ezen eszközök lassú lecserélése 2005-től, a folyamat felgyorsulása 2010-től várható. Mindez nemcsak a vezetékes környezetben jelent újításokat, hanem a vezeték nélküli eszközök teljesen új generációját hívja életre.
Itthon már kiírták a harmadik generációs (3G) mobilszolgáltatások tenderét, amely iránt nagy érdeklődést mutattak a szolgáltatók. A harmadik generációs mobilszolgáltatás rengeteg új lehetőséget rejt magában, többek között az eddigihez képest többszörös sebességet, sokféle szolgáltatás biztosításának képességét. Az új hozzáférési lehetőség mellett tovább élnek a második generációs GSM és „leszármazottai” is. Így a felhasználó mindenkor az igényeinek megfelelő minőségű mobilszolgáltatáshoz férhet hozzá.
Bármikor, bárkinek, bármit
Az új generáció adta lehetőségek azonban nem feltétlenül lesznek vonzóak a felhasználó számára. Miért fizetne elő bárki egy harmadik generációs hozzáférésre csupán a nagyobb sávszélesség reményében, ha a jelenlegi felhasználási lehetőségek között domináló beszédszolgáltatás és sms-küldés igénybevételéhez bőven elég a GSM rendszere? A szolgáltató – és így közvetve a felhasználó – érdeke tehát az, hogy olyan új felhasználási lehetőségek jelenjenek meg a mobileszközök piacán, amelyek kihasználják az új generációs hálózat erőforrásait. Új ötletekkel kell tehát vonzóvá tenni a felhasználó számára az új hálózatot.
Nehéz megjósolni, hogy milyen szolgáltatás lesz a harmadik generációs mobilszolgáltatás hajtóereje. A második generációs GSM tervezésekor nem gondolták, hogy az eredetileg belső jelzési és mérési célokra kialakított sms-funkció lesz a rendszer átütő sikerét nagymértékben előmozdító elem. Ehhez hasonlóan a következő generációs mobilszolgáltatási rendszernek is lesz egy-két olyan szolgáltatása, amely segíti a tömeges elterjedést.
Jövőbeni otthoni hálózat. A szélessávú hozzáférés – a különböző protokollokat használó hálózatok illesztését lehetővé tevő – otthoni átjáróhoz fut be, ami kezeli a belső hálózatot, szétosztja az adatokat a különböző eszközök számára, illetve begyűjti, és a külső, publikus, egységes hálózatra helyezi azokat. A számítógéptől a mosógépen át a tévéig minden a hálózatról vezérelhető.
Szakmai körökben az egyik lehetséges jelöltnek a mobilhálózaton
keresztül megvalósuló valós idejű multimédia elérhetőségét tartják. Ez magában foglalhatja a napjainkban terjedő mms multimédiás üzenetek sokrétű bővülését, a mobileszközön elérhető interaktív tévéadást, de akár videokonferenciát is az üzleti partnerekkel. Mindezek ma még hihetetlennek és feleslegesnek is tűnhetnek, de a világméretű információs társadalom fejlődési tendenciája az, hogy bárki bármilyen információhoz hozzáférhet minden időben és minden helyen.
Függőleges hívásátadás
A többféle hálózati hozzáférés, illetve a multimédiás tartalom átvitelének folyamatos adatáramlási igénye egy olyan kutatási projekt elindítását motiválta, amelyben a hozzáférési hálózatok hatékony felhasználásának lehetőségét vizsgáljuk a multimédiás adatátvitel szempontjából. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mobil Távközlési és Informatikai Laboratóriumában (www.mlc.hu) 2003 őszén indultak a probléma megoldására irányuló kutatások.
A probléma gyökere a Vertical Handovernek nevezett eljárás. A magyarul függőleges hívásátadásként emlegetett módszer lényege a mellékelt ábrán látható.
A felhasználó mobileszközével olyan területen tartózkodik, ahol többféle hozzáférési hálózat van. A GSM-re épülő GPRS hozzáférési lehetőség, a manapság gyorsan terjedő vezeték nélküli lokális hálózatok (WLAN, WiFi) és az eljövendő UMTS (harmadik generációs mobilrendszer) is hozzáférhető egyazon pozícióból. Ekkor a felhasználó jogos igénye lehet, hogy szabadon választhassa ki az elérhető hálózatok közül például a költségek, a sávszélesség vagy a biztonság szempontjából a számára legmegfelelőbbet. Ehhez az általa használt eszköznek képesnek kell lennie e hálózatok kezelésére, ami már ma sem lehetetlen, mondjuk egy hordozható számítógép vagy egy jól felszerelt PDA esetében. A Vertical Handover során a mobileszköz az egyik hálózaton meglévő kapcsolatát lecseréli egy másik hálózaton keresztüli kapcsolatra. Ezáltal elhagyja az egyik hálózatot, és átlép egy másikba, ahol megkaphatja annak összes szolgáltatását.
A kutatómunka első fázisában a hálózatváltásnak a mobileszközön futó alkalmazásokra gyakorolt hatását vizsgáltuk. A hálózatváltás során a mobileszköz ugyan fizikailag nem mozdul, de a hálózati topológiában az egyik hálózatrészből a másikba vált, emiatt új címet kap, és hálózati szemszögből más úton érhető el. A hálózaton kommunikáló alkalmazások szempontjából ez fatális következményekkel jár, mivel a kommunikációs partner nem tudja követni ezt a topológiai ugrást. Méréseink alapján kialakítottunk egy elméleti koncepciót, amely lehetővé teszi az ugrás mind a hálózaton kommunikáló alkalmazás, mind a kommunikációs partner előli elrejtését.
Ha változik a cím
A megoldás két pillérre épül. Egyrészt el kell rejteni az alkalmazás elől az ugrás okozta címváltozást. Ezt a célt szolgálja a mobileszközön futó, általunk kifejlesztett szoftverkomponens, amely az alkalmazás felé állandó kapcsolatot és címet mutat (virtuális hálózati interfész), de eközben kezeli a valós címek változását, és menedzseli az alkalmazás kommunikációját.
Másrészt ezt az ugrást a távoli kommunikációs partner elől is el kell rejteni. Ebben az esetben nem használhatjuk a mobileszközön alkalmazott szoftverkiegészítést, mert minden, a hálózaton működő kiszolgáló és számítógép szoftverfrissítése kivitelezhetetlen feladat lenne. Olcsó és könnyen működésre fogható megoldást kellett tehát találnunk. Ezért iktattunk be egy új hálózati elemet, a handover szervert a mobileszköz és a távoli kommunikációs partner közötti adatcserébe. A handover szerver feladata, hogy a mobilon működő szoftvermodullal együttműködve kezelje és elrejtse a hálózatváltást az internetes kiszolgálók elől.
A váltást a mobileszköz kezdeményezheti. Amennyiben elérhető olyan hálózat, amelyre át lehet váltani, a mobileszköz először felépíti hozzá az új kapcsolatot a hálózattal. Így egyszerre két hálózattal áll kapcsolatban, hiszen a meglévő kapcsolatát még nem bontotta le. A hálózatváltás akkor történik meg, amikor a szoftvermodul az új hálózat felé elküldi az adatokat. A váltás feltétele, hogy a mobileszköz mindkét kapcsolatán küldött adatok, csomagok áthaladjanak a handover szerveren. Így a mobiltól érkező adatfolyamot a handover szerver feldolgozza, elvégzi az elrejtéshez szükséges módosításokat, majd a csomagok továbbhaladnak a távoli kommunikációs partnerhez, amely a hálózatváltásból mit sem vett észre. A mobil felé irányuló válaszcsomagok is a handover szerveren haladnak át, amely elvégzi a csomagátalakítást, hogy az adatok a mobileszközt azon a linken (az aktív kapcsolaton) érjék el, amelyen ő küldi azokat. Amint az új kapcsolat aktívvá válik, a mobil lebonthatja a régit.
A leírt folyamat vezérléséhez az adat-folyammal együtt jelzésinformációt is szükséges átvinni a hálózaton, ami elhanyagolható mértékben csökkenti ugyan a hasznos sávszélességet, azonban a folyamat működése szempontjából elkerülhetetlen.
Mi haszna?
Valójában milyen lehetőségeket nyújt mindez? A korlátok nélküli mobilitás irányába mutató tendenciák megvalósulásának egyik feltétele, hogy a különféle hálózatok közötti átjárás zökkenőmentes legyen. A megoldás lehetőséget ad arra, hogy anélkül válthassunk az Internet Protocolt (IP) ismerő hálózatok között, hogy a váltás megszakítana a hálózaton folytatott bármilyen kommunikációt. Úgy választhatunk tehát egy olcsóbb, gyorsabb hálózatot, hogy nem zavarjuk meg a kommunikációt.
Akár automatikusan, megadott paraméterek függvényében is elvégezhető a hálózatváltás, levéve a terhet a felhasználó válláról, aki így csak azt veszi észre, hogy bármerre megy, utazik, mobilkészülékén mindvégig folyamatosan tud kommunikálni bárkivel. Mindez ma csak hálózaton belül, például a GSM rendszerén belül érhető el. A GSM azonban lassú és fajlagosan drága adatkommunikációs lehetőségeket nyújt, ezért kívánatos lenne, ha nemcsak a GSM-hálózaton belül mozoghatnánk, hanem bármely nyilvánosan elérhető hálózatra éppolyan könnyedén és fennakadások nélkül léphetnénk át, mint ahogyan a GSM-cellák között mozgunk.
A mobilmultimédia elterjedésében szerepet játszhat a mobilitás ilyen támogatása. A multimédiás tartalmak átvitele folyamatos kapcsolatot, garantált szolgáltatásminőséget (például bizonyos állandó sávszélességet vagy maximált késleltetést) követel meg. A kapcsolat megszakadásának elhárításával így a multimédiás átvitel folyamatos maradhat. A különböző hálózati technológiák által nyújtott sávszélesség tág határok közt mozog, ezért a multimédiás adatfolyamokat is különböző sávszélességnek megfelelően készítik el. Egy szélessávú adatfolyamot nem lehet egy keskenysávú hálózaton megfelelő minőségben átvinni. A hálózatváltás során ezzel a problémával meg kell küzdenünk, hiszen ha más sávszélességű hálózatra váltunk, az adatfolyam – sávszélesség hiányában – vagy nem tud megfelelően áthaladni, vagy a nagy sávszélesség adta lehetőséget nem használja ki. A sebességváltozás problematikájával foglalkozni kell, mert azt a meglévő protokollok nem kezelik megfelelően.
A további kutatások egyik fő irányvonala a sebességhez alkalmazkodó handover kidolgozása. Célunk emellett az architektúra felkészítése a közelgő IPv6-os szabványra*, a szerver hitelesítési, azonosítási és megfelelő információtárolási funkciókkal történő ellátása, valamint döntési függvény kidolgozása a mobilállomásra az automatikus választáshoz. Ezeknek a képességeknek a birtokában a rendszer üzembe helyezhető, mi pedig felhasználóként mindig az optimális szolgáltató legmegfelelőbb technológiáját alkalmazva kímélhetjük pénztárcánkat, és megfelelő sebességgel élvezhetjük az internet korlátlan lehetőségeit.
* Az IPv6, más néven Internet Protocol 6 az internet új generációs protokollja, melyet az IETF (Internet Engineering Task Force) – az internetet felügyelő és ellenőrző testület – fejlesztett ki a jelenleg használt, 20 éves IPv4 helyett. Az IPv4 egy ideig rugalmasnak bizonyult, mára azonban reális veszéllyé vált, hogy az internethez kapcsolódó rengeteg gép miatt „kifogyunk” az internetcímekből. Az IPv6 előnye sok más mellett az, hogy a címtartományt 296-szorosára növeli (a Föld minden homokszemcséjének jutna egy cím). A fejlesztők szerint az IPv4 2010-ig mindenképpen túlsúlyban lesz.
Szálka Tamás, Fülöp Péter
A témáról a weben:
Nemzetközi kutatások a Vertical Handover terén
A Vertical Handover problémakörét a világ számos egyetemén és kutatóközpontjában vizsgálják. Kereskedelmi alkalmazásáról, hasznosításáról nem tudunk. Erre azért nincs még lehetőség, mert a mobilkommunikációs technológiák sebessége csak az utóbbi néhány évben lépett át egy nagyságrenddel nagyobb sávba. A különböző típusú mobil-hozzáférések több nagyságrendet felölelő sebességei hívják életre azt az igényt, hogy válthassunk közöttük. Ezért több kutatási irányvonal is kialakult, de még egyik sem olyan kiforrott, hogy az általuk megvalósítható megoldásokat a szolgáltatók alkalmazni tudják.
A Dublini Egyetem kutatói és hallgatói a miénkhez hasonló megközelítéssel vizsgálják a témát. Az interaktív videofolyamok átvitelére alkalmas rendszert alakítanak ki már kidolgozott, és széles körben alkalmazott építőelemekből. Megoldásuk a jelenleg video- és IP-telefonálásra használt technológiát, a SIP-et (Session Initialization Protocol) fejleszti tovább. Mivel a SIP-et több éve fejlesztik, kipróbált megoldást nyújt a videofolyamok átvitelének vezérlésére, ami a Vertical Handover megvalósításának szempontjából biztos hátteret nyújt.
Vancouverben egy viszonylag új technológiát vizsgálnak, amely a jelenleg az internetet működtető TCP/IP protokollcsaládból a TCP protokoll alternatíváját nyújtja. Az új protokoll (SCTP – Stream Control Transmission Protocol) a TCP által biztosított végpont– végpont kapcsolatok kezelését végzi, ám mindezt az interaktív videofolyamok átviteli követelményeinek figyelembevételével.
A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen két kutatás is folyik a témában. A fent ismertetett kutatás mellett a következő években elterjedő új protokollszabvány, az IPv6 új funkcióinak kihasználhatóságát vizsgálják a Vertical Handover szempontjából. Megoldásuk alapja a multicasting nevű eljárás továbbfejlesztése. A multicasting lényege, hogy a szokásos, két végpontú kapcsolatok helyett több végpontot használ (ez a multicast-csoport), ami azt jelenti, hogy bármely végpontról küldött adatot az összes többi megkapja. A Vertical Handover kezelésében ezt a technikát úgy lehet használni, hogy a mobileszköz különböző hálózatelérési pontjai alkotnak egy multicast-csoportot. Így akármelyik ponton keresztül csatlakozik is a mobileszköz a hálózathoz, folyamatos kommunikációt tud folytatni, hiszen a multicast-csoport minden végpontja (köztük az aktuálisan használt is) megkapja a válaszokat.
