Technologie i sieci mobilne cz.2

Platforma WAP



Wireless Application Protocol (WAP) - zbiór

otwartych, międzynarodowych standardów

definiujących protokół aplikacji bezprzewodowych.

Rozwijaniem protokołu zajmuje się organizacja
WAP Forum. Wersja 1.0 protokołu powstała w

1998, 1.1 w 1999, a 2.0 w 2001 roku. WAP został

stworzony w celu umożliwienia dostępu do usług

WWW, uwzględniając ograniczenia techniczne

urządzeń mobilnych (np. PDA, telefon komórkowy)

korzystających z tego protokołu, oraz ograniczeń

łącza danych (które może być realizowane m.in.

poprzez połączenie CSD lub GPRS).

Architektura WAP

W architekturze WAP zdefiniowano warstwową strukturę protokołu która zawiera:



Aplikacje WAE (Wireless Aplication Environmet) utworzone przy wykorzystaniu technik
podobnych jak w środowisku www i telefoni bezprzewodowej.



Protokół warstwy sesyjnej WSP (Wireless Session Protocol ) – zapewnia warstwie
aplikacji WAP interfejs logiczny dla dwóch usług sesyjnych. Pierwsza z nich jest
zorientowana połączeniowo, pracuje ponad warstwą protokołu transmisyjnego WTP.
Druga jest usługą bezpołączeniową operująca ponad warstwą protokołu WDP z opcją
bezpieczeństwa (secure) lub bez (non-secure).



Protokół warstwy transmisyjnej WTP (Wireless Transaction Protocol) – działa on na
szczycie usług datagramowych, może działać zarówno w zabezpieczonych jak i w nie
zabezpieczonych datagramowych sieciach bezprzewodowych. WTP obsługuje trzy klasy
usług transportowych 1) zapytanie bez zabezpieczenia (unreliable) 2) zapytanie z
zabezpieczeniem (reliable) 3) zapytanie z zabezpieczeniem i potwierdzeniem.



Protokół bezpieczeństwa warstwy transmisyjnej WTLSS (Wireless Transport Layer
Security) – zapewnia integralność danych i zawiera mechanizmy pozwalające wykryć
wszelkie zmiany w postaci danych przesyłanych między terminalem a serwerem aplikacji,
zapewnia prywatność danych a także uwierzytelnianie.



Protokół datagramowy WDP (Wireless Datagram Protocol) – jest protokołem warstwy
transportowej, działającym ponad nośnymi przenoszącymi dane – zgodnie z określonym
standardem telefonii bezprzewodowej.

Trzecia generacja komórkowa (3G)



Telefonia komórkowa trzeciej generacji (3G) - jest telefoniczną siecią cyfrową telefonii
komórkowej bazującą na rozwiniętych w stosunku do 2.5G standardach i technologii trzeciej
generacji z rodziny standardów IMT-2000. Dzięki poszerzonej pojemności sieci umożliwia
ona wprowadzenie dodatkowych usług wykorzystujących transmisję wideo oraz transmisję
pakietową (komutacje pakietów).



System telefonii trzeciej generacji (3G) umożliwia nieograniczony dostęp radiowy do
globalnej infrastruktury telekomunikacyjnej za pośrednictwem segmentu naziemnego,
zarówno dla użytkowników stacjonarnych jak i ruchomych. Jest systemem integrującym w
zamierzeniu wszystkie systemy telekomunikacyjne (teleinformatyczne, radiowe i
telewizyjne).



W odróżnieniu od systemu telefonii drugiej generacji GSM, w których dominującą usługą
miała być usługa głosowa, a następnie rozwinięte o transmisję pakietową w oparciu o
standardy GPRS oraz EDGE (zwane też systemem 2.5G) w systemach 3G od momentu
rozpoczęcia projektowania zakładano „równoprawne” świadczenia różnych usług jak
transmisja dźwięku, wideo i transmisji danych (pakietowa).



Przejście na system telefonii 3G wymagało zmodernizowania wszystkich elementów
architektury sieci. Wysokie ceny licencji dla operatorów oraz duży nakład inwestycyjny
potrzebny na przebudowę architektury sieci spowodował iż wdrażanie telefonii komórkowej
trzeciej generacji znacznie się opóźniał.



Telefonia 3G bazuje na standardzie UMTS (ang. Universal Mobile Telecommunications
System, pol. Uniwersalny System Telekomunikacji Ruchomej).

Zakresy częstotliwości UMTS



Dla zapewnienia postawionych przez technologię 3G wymagań jest potrzebna nowa infrastruktura radiokomunikacyjna, integrująca funkcje
wielu dotychczasowych systemów w jeden system przekazu i sygnalizacji o różnych formach realizacji transmisji. Bezwzględnie będą potrzebne
przewodowe sieci szkieletowe o gigantycznych przepływnościach, a przede wszystkim znacznie więcej pasma radiowego o łącznej szerokości
około 215 MHz.



Według ustaleń WARC (World Administrative Radio Conference) dla systemu IMT-2000 uzgodniono kilka alternatywnych interfejsów
radiowych, spośród których kraje europejskie i azjatyckie przyjęły interfejs WCDMA (Wideband CDMA), w Stanach Zjednoczonych natomiast
podstawowym interfejsem radiowym stał się cdma2000 (po uwolnieniu pasma radiowego drugiej generacji).



Światowa Konferencja Radiokomunikacyjna WRC-92 (World Radio Conference) wyznaczyła dwa podstawowe zakresy częstotliwości dla
europejskich naziemnych systemów IMT-2000: pasma skojarzone i nie skojarzone. Pasma skojarzone (inaczej sparowane) obejmują
częstotliwości 1920-1980 MHz oraz 2110-2170 MHz, w których transmisje przebiegają w trybie FDD, z wykorzystaniem technologii WCDMA, z
podziałem na kanały po 5 MHz. W pasmach nie sparowanych 1900-1920 MHz oraz 2010-2025 MHz działa się w tyrbie TDD, z metodą dostępu
radiowego TD/CDMA.



W Europie i przeważającej części Azji, dla szerokopasmowego interfejsu radiowego z bezpośrednim rozpraszaniem widma sygnałów WCDMA
są dostępne dwa skojarzone pasma (2x60 MHz) w trybie dupleksu częstotliwościowego FDD (Frequency Division Duplex), posadowione w
przedziałach częstotliwości 1920–1980 MHz i 2110–2170 MHz. Dla tego samego obszaru przydzielono w trybie dupleksu czasowego TDD (Time
Division Duplex) dwa kolejne pasma radiowe w zakresie częstotliwości 1900–1920 MHz i 2010–2025 MHz. Przypuszcza się, że do 2010 r.
zapotrzebowanie na następne pasma radiowe dla UMTS może wzrosnąć kilkakrotnie – do szerokości 550 MHz dla segmentu naziemnego i do
85 MHz w segmencie satelitarnym.



Analiza pasm częstotliwości użytkowych przez inne (niż UMTS) systemy w Europie pokazuje, że nie wszystkie podzakresy przeznaczone dla
globalnego systemu komórkowego IMT-2000 mogą byc wykorzystywane przez UMTS. Z tego powodu w każdym kraju wielkość skrajnych
częstotliwości pasm wymagają indywidualnych uzgodnień bądź ustalenia odpowiednich pasm ochronnych.



Tryb dupleksu częstotliwościowego FDD (stosowany w systemach 2G, także GSM) uzyskał status transmisji globalnej, natomiast tryb dupleksu
czasowego TDD, jest – podobnie jak w systemie telefonii bezprzewodowej DECT – dostępny wyłącznie lokalnie. W małych komórkach
obszarowych operacja nadawania i odbioru na tej samej częstotliwości nośnej nie stanowi przeszkody w sprawnym komunikowaniu się,
pomimo wynikających z tego powodu dodatkowych opóźnień czasowych.



Niektóre podzakresy pasma radiowego UMTS zostały pogrupowane w pary (pasma sparowane, parzyste lub symetryczne) z przeznaczeniem
dla dupleksowego rozdziału częstotliwościowego FDD, natomiast inne – nie mające pary (tzw. pasma nie sparowane) – są wykorzystywane w
transmisjach z dupleksowym podziałem czasu TDD. Dla każdego krajowego operatora publicznego Forum UMTS zaleca jedno pasmo
sparowane 2x15 MHz i pasmo nie sparowane o szerokości 5 MHz. Istniejące rozbieżności w zagospodarowaniu poszczególnych fragmentów
pasm w różnych krajach i kontynentach podlegają odrebnym uzgodnieniom (zarówno państwowym, jak i międzyoperatorskim) co do ich
wykorzystania oraz ewentualnych zmian w użytkowaniu.

Cechy standardu UMTS



Zgodnie ze światowymi tendencjami konwergencji teleinformatyki (za pomocą systemu UMTS) można będzie konsekwentnie
ujednolicić globalną infrastrukturę telekomunikacyjną przez: integrację wielu sieci i usług, personalizację dostępu do sieci,
rozszerzenie dostępu do usług szerokopasmowych i rozpowszechnianie technik dostępu bezprzewodowego. System UMTS został
zdefiniowany jako standard otwarty dla systemów mobilnych o dużej szybkości transmisji, zarówno dla systemów naziemnych, jak
i satelitarnych. Ma on zapewnić międzynarodowy roaming sieciowy za pomocą uniwersalnego terminalu osobistego 3G, dostęp do
wszystkich istniejących usług internetowych, wraz z ofertą nowych usług szerokopasmowych.



System ma umożliwiać transmisję wąskopasmową i szerokopasmową z dostępem lokalnym, do 2 Mb/s dla użytkowników
stacjonarnych i pieszych oraz globalnym bez ograniczenia odległości, z maksymalną przepływnością jedynie do 144–384 kb/s.
Uniwersalność systemu UMTS daje uzupełnienie wielu istniejących systemów łączności bezprzewodowej, przewodowej i
satelitarnej poprzez utworzenie jednej hierarchicznej i logicznie jednorodnej infrastruktury składającej się z:



Mieszana technologia radiodostępu TDMA/CDMA, zwłaszcza w szerokopasmowej wersji W-CDMA (Wideband Code Division
Multiplexing Access) o nieporównywalnie większych wymaganiach transmisyjnych, ma zaspokoić potrzeby masowego rybku -
głównie za pomocą pzrenośnych wideoterminali. Potrzeby te zmieniły dotychczasowe informacje foniczne w pliki danych, obrazu i
multimediów.



obszarów pikokomórkowych o promieniu do 100 m, zlokalizowanych wewnątrz budynków, w halach, dworcach i podziemiach
oraz na obszarach o największej gęstości ruchu (do 10 000 erlangów/km2), zwykle stacjonarnego typu. Odpowiada to
współczesnym systemom telefonii bezprzewodowej DECT, przystosowanym do pracy w dwóch rodzajach sieci komórkowych
DECT/GSM;



obszarów mikrokomórkowych o promieniu do kilkuset metrów (poniżej 1 km), co odpowiada systemom klasy GSM 1800 (GSM
1900), umieszczanym w centrach miejskich, bądź z zasięgiem do kilku kilometrów, lokowanych na obrzeżach miast o mniejszym
trafiku. Są one przeznaczone dla stacjonarnych użytkowników systemu bądź poruszających się z niewielką prędkością, zwykle w
terenie otwartym;



obszarów makrokomórkowych, odpowiadających współczesnym systemom komórkowym klasy GSM 900, a więc o promieniu
20–35 km, także do komunikacji z szybko poruszającymi się abonentami ruchomymi, jako tzw. Komórki parasolowe;



pozostałych obszarów o słabo rozwiniętej infrastrukturze telekomunikacyjnej jako megakomórki (hiperkomórki), na których
łączność jest zapewniona przez nietypowe systemy bezprzewodowe bądź przez niegeostacjonarne systemy satelitarne typu
LEO/ICO/MEO, ewentualnie geostacjonarne systemy GEO (Geostationary Earth Orbit). Rozmiary komórek dla takich systemów
mogą wynosić od kilkuset (300–800 dla satelitów LEO czy MEO) do kilku tysięcy kilometrów (do 5000 dla GEO).

Aplikacje szerokopasmowe 3G



Oferta nowych usług w systemie UMTS jest zróżnicowana, co jest związane z możliwością
dostępu do szerokiego pasma. System UMTS jest bowiem optymalizowany nie pod kątem
transmisji mowy, lecz globalnych i zróżnicowanych przekazów multimedialnych, co
stanowi kolejną istotną różnicę w ofercie usług między systemami cyfrowymi starszej
generacji (2G) a systemami trzeciej generacji (3G). Usługi 3G stały się dostępne za
pomocą jednego (fizycznie) wspólnego terminalu działającego w różnych środowiskach
sieciowych, zarówno wewnątrz pomieszczeń (na wzór terminali systemu DECT), jak i na
zewnątrz budynków, także w pojazdach.



Terminale i telefony 3G nie są jednak wyraźnie zestandaryzowane, co oznacza, że
powstają bardzo zróżnicowane terminale wideofoniczne, nie tylko pod względem
oferowanych funkcji ale i ich ergonomii. Ich przyszłość wiąże się przede wszystkim z
rozwojem kamer cyfrowych, syntezą i rozpoznawaniem mowy, modernizacją systemów
rozpoznawania obrazów oraz z ciągłą miniaturyzacją komunikatorów PDA, pozycjonerów
GPS, laptopów i browserów internetowych.



Zgodnie z przyjętymi założeniami systemy 3G mają cechy sieci globalnej i uniwersalnej.
Globalny charakter sieci UMTS oznacza, że abonent tego systemu ma ciągłość
oferowanych mu usług telekomunikacyjnych - czyli taki sam zestaw usług, personalizację,
numerację, identyfikację, a także przenoszenie połączeń (roaming) między operatorami,
przełączanie kanałów (handover) i wiele innych funkcji, niezależnie od miejsca, gdzie się
znajduje i który typ sieci jest jego bazą macierzystą.

Internet mobilny

Odmiennie niż w przewodowym rozwiązaniu e-commerce – gdzie użytkownicy korzystają ze

stacjonarnych połączeń internetowych – z usług elektronicznego handlu mobilnego m-commerce
korzysta się bezprzewodowo, głównie za pośrednictwem telefonów komórkowych. I chociaż same
usługi m-commerce niewiele się różnią od współczesnych elektronicznych operacji handlowych e-
commerce, perspektywa ich rozwoju jest większa niż tych samych usług świadczonych w sposób
przewodowy.

Korzystanie z usług m-commerce staje się coraz popularniejsze za sprawą ciągle wyłaniających

się nowych technologii przekazu radiowego, z których tylko niektóre osiągnęły zadowalająco
dojrzały poziom użytkowy. Podstawę rozwoju tych bezprzewodowych technologii stanowią:



sieci komórkowe o podwyższonej szybkości transmisji, ewoluujące w kierunku 3G (GSM 2+,
TDMA, CDMA, WCDMA), o przepływnościach od 144 kb/s do 2 Mb/s;



implementacja mikroprzeglądarek (microbrowsers), takich jak WAP, a zwłaszcza przeglądarki i-
mode nadzwyczaj popularnej w Japonii;



bezprzewodowy standard transmisji radiowej Bluetooth o niewielkim zasięgu (10–100 m)
działania, z przeznaczeniem do łączności z komputerem w budynkach i pomieszczeniach
fabrycznych;



oprogramowanie bram m-commerce – obejmujące także zarządzanie aplikacjami mobilnymi;



wprowadzenie inteligentnych kart identyfikacyjnych SIM (Subscriber Identity Module), także o
rozszerzonych funkcjach jako kart WIM (Wireless Identity Module) – przewidywanych dla
terminali trzeciej generacji. W tej grupie znajdują się również terminale działające z dwiema
kartami (karty identyfikacyjne i bankowe), obecnie zapewniające najwyższy poziom ochrony.

Bezpieczeństwo przekazów



Najważniejszym aspektem umożliwiającym realizację usług m-commerce jest możliwość dokonywania
poufnych transakcji oraz bezpiecznego przekazu wiadomości. W tym przypadku istotne jest stosowanie
infrastruktury kluczy publicznych PKI (Public Key Infrastructure), przeznaczonej do utajniania informacji
transmitowanych również przez sieci bezprzewodowe. Bezpieczeństwo sieci komórkowych (takich jak
GSM) jest jednak zwykle ograniczone do ochrony transmisji (głosu i danych) na trasie od telefonu do stacji
bazowych. Pozostałe ważne fragmenty sieci szkieletowych i łączy międzyoperatorskich mogą mieć różny
stopień ochrony, zależny od właściciela sieci przewodowej, co jest bardzo niekorzystnym zjawiskiem. W
konsekwencji aplikacje m-commerce muszą dysponować innymi, własnymi rozwiązaniami bezpiecznego
przekazu informacji, formowanymi ponad lub obok istniejących sposobów szyfrowania w sieciach GSM. W
stacjonarnej części sieci przewodowej, w której są świadczone usługi bezprzewodowe, funkcjonują inne
sposoby ochrony, takie jak SSL (Security Sockets Layer), TLS (Transport Layer Security) czy
infrastruktura kluczy publicznych – PKI (Public Key Infrastructure). Znane sposoby szyfrowania w sieciach
stacjonarnych w zasadzie zapewniają zadowalający sposób ochrony. Także długość kluczy szyfrowych,
używanych do utajniania przekazów bezprzewodowych, sięga obecnie 1024 bitów, a więc są one trudne do
złamania za pomocą prostych metod rozkodowania kryptograficznego. Należy zaznaczyć, że technologie
kryptograficzne protokołów WTSL, choć zapewniają poufność przekazów, a także autentyczność i
integralność danych, niestety nie umożliwiają autoryzacji i identyfikacji odbiorcy (brak możliwości
udowodnienia nadania przesyłki, wyparcie się potwierdzenia itp.).



W celu podniesienia bezpieczeństwa użytkowania w rozwiązaniach UMTS, stosuje się zmodernizowane
karty abonenckie USIM (UMTS Subscriber Identity Module), zapewniające bezpieczeństwo
przechowywanych danych, bezpieczeństwo transmisji oraz konfigurowanie oprogramowania odpowiednio
do użytego terminalu (smart card). W inteligentnej karcie USIM przechowuje się różnego typu informacje
obejmujące: podpis elektroniczny, obrazy graficzne i zbiory danych osobistych wykorzystywane
odpowiednio do wymagań poszczególnych usług. Przewiduje się wprowadzenie kart bezkontaktowych,
używanych w transakcjach finansowych i handlu elektronicznego e-commerce, bez wyjmowania ich z
terminalu.

Aplikacje przyszłości



Technologie bezprzewodowego przekazu o szerokim paśmie
przenoszenia są już opracowane i udostępniane do
powszechnego użytku. Nadal są projektowane rozwiązania
terminali mobilnych o szerokim paśmie przenoszenia
obejmujące komórkowe zestawy głośnomówiące,
interaktywne odbiorniki telewizyjne, szerokopasmowe
modemy klasy xDSL, stereofoniczne systemy dźwiękowe, itp.



Szerokopasmowe bezprzewodowe aplikacje mobilne są od
dawna przygotowywane, większość z nich jest
przygotowywana by ułatwić życie każdego człowieka, np.
poczta mobilna (m-mail), uniwersalny kamerdyner, terminarz
zajęć stałych, muzyczna biblioteka, mobilne
wideokonferencje, bezprzewodowe sieci domowe, przekaz
głosowy i inne.

W kierunku systemów 4G



Według pierwszych założeń systemy 4G będą

obejmować wiele radiowych środków medialnych o

dużej asymetrii i przepływności od 384kb/s w

standardzie BAS (Basic Access) przez 1920kb/s wg

specyfikacji MED. (Medium Data) do szybkości

31872kb/s zgodnie z propozycją HD (High Data).

Platforma 4G ma umożliwiać uruchamianie wielu

aplikacji jednocześnie za pomocą szerokopasmowej

platformy komunikacyjnej MBS.

Document Outline