เครือข่ายคอมพิวเตอร์ Computer Network เครือข่ายคอมพิวเตอร์ ระบบเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ Mobile Technology Network ประวิทย์ พิมพิศาล http://prawitp.reru.ac.th

Mobile Technology เครือข่ายโทรศัพท์มือถือเป็นเทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายประเภทหนึ่งที่ได้รับความนิยมอย่างมากจากผู้ใช้ทั่วโลก โทรศัพท์มือถือเป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงโลกเช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ ปัจจุบันโทรศัพท์ถูกพัฒนาไปยุคที่เรียกว่า Smartphone Smartphone มีฟังก์ชั่นการทำงานต่างๆมากมาย จนเรียกว่า คอมพิวเตอร์มือถือ ในมุมมองของเครือข่ายแล้ว Smartphone หรือ Tablet นั้นล้วนแล้วแต่เป็น Client ของเครือข่าย

วิวัฒนาการของโทรศัพท์มือถือ ในยุคแรกๆ นั้น ใช้มือถือเพื่อการสื่อสารด้วยเสียงเท่านั้น และต่อมาได้เพิ่มความสามารถในการรองรับการส่งข้อมูลอื่นๆ เช่น การส่ง Text การส่งข้อมูลรูป เสียง หรือแม้กระทั่ง Clip Video จนในปัจจุบันนี้สามารถใช้โทรศัพท์มือถือเพื่อการเชื่อมต่อกับ Internet ทำให้สามารถรับส่ง E-Mail และเข้าดู เว็บไซด์ต่างๆได้ โทรศัพท์มือถือตอนเริ่มพัฒนานั้น เรียกว่าระบบมือถือแบบ Cellular หรือ Cellphone หรือ Mobile phone มีการเริ่มใช้งานครั้งแรกพร้อมกันที่เมืองโตเกียว และ ชิคาโก ก่อนจะเป็นที่นิยมกันอย่างแพร่หลายไปทั่วทุกมุมโลก

1G ระบบเริ่มแรกของยุคนี้คือ AMPS (Advance Mobile Phone Service) มีการส่งสัญญาณแบบ Analog โดยใช้คลื่นความถี่ที่ 824-894 MHz โดยใช้หลักการแบ่งความถี่ที่เรียกว่า FDMA (Frequency Division Multiple Access) ต่อมาได้เปลี่ยนไปใช้มาตรฐานใหม่ที่เรียกว่า GSM (Global System for Mobile Communication) โดยระบบใหม่นี้จะเน้นเรื่องการเชื่อมโยงติดต่อกันได้ทั่วโลก มีการใช้การเข้าถึงสัญญาณด้วยระบบ TDMA (Time Division Multiple Access) โดยใช้ความถี่การติดต่อกับสถานี Base ที่ย่าน 890-960 MHz ในยุคนี้การส่งสัญญาณยังเป็นแบบ Analog ที่ไม่ได้รองรับการส่งข้อมูลใดๆ นอกจากเสียง ทำได้เพียงโทรออกและรับสายเท่านั้น

2G ในยุคนี้มีการใช้รหัสดิจิตัล การหาเส้นทางและการเชื่อมต่อกับสถานีฐานทำได้ดี มีระบบการ Roaming ที่ก่อให้เกิดระบบโทรศัพท์มือถือแบบ GSM หรือโทรศัพท์มือถือที่เชื่อมโยงได้ทั่วโลก ในทุกครั้งที่เปิดโทรศัพท์มือถือ ตัวเครื่องจะติดต่อกับสถานีฐาน ซึ่งตัวสถานีฐานจะมีพื้นที่ครอบคลุมเป็นแบบเซลล์รังผึ้ง (Cellular) เมื่อเคลื่อนที่ผ่านกรอบเซลล์แล้วผ่านเข้าไปยังเซลล์ใหม่ระบบจะโอนสัญญาณการติดต่อระหว่างเซลล์อย่างต่อเนื่องโดยไม่มีปัญหาแต่อย่างใด

2G มาตรฐาน 2G ได้ประสบความสำเร็จในการสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจสื่อสารได้อย่างมากมายมหาศาล โดยมาตรฐานที่ได้รับความนิยมสูงสุดคือ GSM อันเป็นมาตรฐานของกลุ่มสหภาพยุโรป และ CDMA เป็นมาตรฐานจากสหรัฐอเมริกา ที่มีส่วนแบ่งทางการตลาดเป็นอันดับสอง จุดมุ่งหมายของ 2G คือ การสนองความต้องการใช้ระบบสื่อสารไร้สายส่วนบุคคลในลักษณะไร้พรมแดน หรือสามารถใช้ได้ทั่วโลก และเป็นยุคที่ได้นำเอามาตรฐานการสื่อสารแบบดิจิตัลที่สมบูรณ์แบบมาใช้รักษาความปลอดภัย และเสริมประสิทธิภาพการทำงานหลากหลายรูปแบบ ทั้งการส่งข้อความ SMS และเป็นการเริ่มต้นยุคสื่อสารข้อมูลผ่านเครื่องลูกข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่เป็นครั้งแรก

2G จากกระแสตอบรับของกลุ่มผู้บริโภคนำมาซึ่งการเปิดสัมปทานและแข่งขันที่รุนแรงในแทบทุกประเทศ ซึ่งปัจจัยดังกล่าวมีผลทำให้เกิดการเพิ่มจำนวนผู้ใช้บริการอย่างก้าวกระโดด จากการที่มีผู้ใช้บริการเพิ่มมากขึ้น มีผลทำให้ราคาเครื่องถูกลง และราคาค่าบริการด้วยเสียงต่อหมายเลขนั้นลดต่ำลง กลุ่มผู้ประกอบการธุรกิจโทรศัพท์จึงได้พัฒนาเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ 2G ให้มีศักยภาพการใช้งานเพิ่มมากขึ้น เพื่อรองรับการใช้งานที่ไม่ได้มีเฉพาะแค่เสียง เป็นการผลักดันให้เกิดบริการแบบใหม่ๆ ไม่ว่าจะเป็นการส่งข้อความแบบ EMS (Enhance Message Service) หรือ MMS (Multimedia Message Service) รวมถึงการท่องโลก Internet แบบไร้สาย เพื่อเป็นการเพิ่มรายได้ให้กับผู้ประกอบการ

2.5G ในยุคนี้ได้ถือกำเนิดเทคโนโลยีที่เรียกว่า GPRS (General Packet Radio Service) ซึ่งพัฒนาในเรื่องของการรับส่งข้อมูลที่มากขึ้น ด้วยความเร็วสูงสุดถึง 115 Kbps (แต่ถูกจำกัดการใช้งานจริงอยู่ที่ 40 kbps) สิ่งที่ทำให้เห็นได้ชัดถึงการเปลี่ยนแปลงในยุคนี้ก็คือ โทรศัพท์เคลื่อนที่ได้เพิ่ม ฟังก์ชั่นการรับส่งข้อมูลในส่วนของ MMS (Multimedia Messaging Service) หน้าจอโทรศัพท์เริ่มเข้าสู่ยุคหน้าจอสี และเสียงเรียกเข้าก็ถูกพัฒนาให้เป็นเสียง แบบ Polyphonic จากของเดิมที่เป็น Monotone และเข้ามาสู่ยุคที่เสียงเรียกเข้า เป็นแบบ MP3 ที่เหมือนที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้

2.75G เป็นยุคที่กำลังจะก้าวเข้าสู่ 3G เพียงแต่ 2.7G เป็นชื่อที่เรียกอย่างไม่เป็นทางการ ซึ่งยุคนี้เป็นยุคของ EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) ที่พัฒนาต่อยอดมาจาก GPRS และในปัจจุบันนี้ก็ยังคงได้ยินและมีการใช้เทคโนโลยีนี้กันอยู่ ซึ่งได้พัฒนาในเรื่องของความเร็วในการรับส่งข้อมูลไร้สายนั่นเอง EDGE เป็นเทคนิคการใช้สัญญาณแบบ TDMA ความเร็วในการส่งถ่ายข้อมูล สูงสุดประมาณ 384 กิโลบิตต่อวินาที (Kbps) และมีความเร็วในการใช้งานจริงประมาณ 80-100 กิโลบิตต่อวินาที เนื่องจากข้อจำกัดของระบบ TDMA ที่ต้องมีการแบ่งช่อง สื่อสารสำหรับการใช้งานด้านเสียงไว้ด้วย

เทคโนโลยี 2G, 2,5G และ 2.75G ความสามารถ 2G 2.5G 2.75G โทรออก-รับสาย  SMS MMS Polyphonic GPRS เสียงเรียกเข้า MP3 EDGE

ข้อจำกัดของ 2.5G และ 2.75G เป็นระบบที่เกิดจากความพยายามที่จะพัฒนาเครือข่าย 2G เดิม ไม่ว่าจะเป็นมาตรฐาน GSM หรือ CDMA ให้เกิดประโยชน์สูงสุด คุ้มค่าต่อการลงทุน ทำให้การบริหารจัดการของผู้ให้บริการนั้นไม่คล่องตัว เนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้งานเป็นแบบ TDMA ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเก่า เป็นการจัดสรรวงจรให้กับผู้ใช้งานอย่างตายตัว ไม่สามารถนำทรัพยากรเครือข่ายมาใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3G เป็นยุคที่ถือว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงวงการโทรศัพท์เคลื่อนที่พอสมควร เรียกได้ว่าเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตประจำวันของผู้ใช้ไปด้วยก็ว่าได้ สิ่งที่แตกต่างระหว่าง 2G และ 3G คือ สามารถออนไลน์ได้ตลอดเวลา ต่างจาก 2G ที่หากจะออนไลน์ทุกครั้งจะต้องมีการ Log-on เพื่อเข้าเครือข่าย ในขณะที่ 3G นั้นจะมีการเชื่อมต่อเครือข่ายตลอดเวลา แต่การคิดค่าบริการจะคิดตามจำนวนข้อมูลที่ใช้งานผ่านเครือข่ายเท่านั้น เป็นยุคที่เน้นการสื่อสารทั้งการใช้เสียง(Voice) และการรับส่งข้อมูล (Data) เป็นระบบที่พัฒนาขึ้นมาเพื่อให้รองรับการส่งข้อมูลโดยตรง มีช่องความถี่และความจุในการส่งสัญญาณมากกว่า ส่งผลให้ความเร็วในการส่งข้อมูลทำได้เร็วกว่า 2G มาก ทำให้สามารถทำอะไรหลายๆอย่างบนมือถือได้มากขึ้น เช่น โทรศัพท์ทางไกลผ่าน Internet (Voice Over IP) คุยแบบเห็นหน้า (Face Call) ประชุมระยะไกล (Video Conference) เล่นเกมส์ออนไลน์ (Online Games)

3G ประเทศไทยได้นำเอาเทคโนโลยี UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) มาใช้ ซึ่งเป็นระบบเครือข่ายมาตรฐานที่พัฒนามาจากระบบมาตรฐาน GSM ที่มีเทคโนโลยีหลักคือ W-CDMA ต่อมาได้ถูกพัฒนาให้เป็นเทคโนโลยี HSPA+ UMTS ถูกกำหนดเป็นมาตรฐานโดย 3GPP (3rd Generation Partnership Project) ซึ่งใช้งานในแถบยุโรป ญี่ปุ่นและจีน โดยเครื่องโทรศัพท์ส่วนใหญ่นั้นจะรองรับทั้ง 2G และ 3G ซึ่งสะดวกสบายต่อผู้ใช้และผู้ให้บริการ โดยเทคโนโลยีหลัก W-CDMA เป็นการเปลี่ยนการสื่อสารแบบ TDMA ที่ใช้ในยุค 2G มาเป็นแบบ Packet Switching แบบเต็มรูปแบบ ที่มีมาตรฐานการรองรับและควบคุมคุณภาพของข้อมูลที่สมบูรณ์แบบ HSPA(High Speed Packet Access) ถูกพัฒนาต่อยอดมาจาก W-CDMA ซึ่งเทคโนโลยีปัจจุบันของ HSPA คือ HSPA+ หรือ Evolved HSPA

3G ในประเทศไทย ก่อนที่ประเทศไทยจะเปิดใช้ 3G อย่างเต็มรูปแบบนั้น เดิมทีใช้เครือข่าย 2G มาก่อน ซึ่งได้ถูกกำหนดย่านความถี่เอาไว้แล้ว ในขณะที่แนวคิดของ 3G ไปจนถึง 4G คือการนำเอาความถี่ที่เหลือมาใช้ โดยก่อนหน้าที่จะมีการประมูล 3G นั้นผู้ใช้บริการในประเทศได้จัดสรรคลื่นความถี่มาใช้งานดังนี้ คลื่นที่ใช้กับ 3G โดยเฉพาะจะมีเพียง 850MHz เท่านั้น ส่วนย่าน 900MHz จะมีการใช้ร่วมกันระหว่าง 2G และ 3G ซึ่งทำให้การใช้งานนั้นไม่เต็มประสิทธิภาพ กสทช. ได้เปิดประมูลคลื่นความถี่ 2100MHz ขึ้นมาเพื่อใช้กับ 3G และ 4G โดยเฉพาะ ซึ่งแต่ละค่ายได้ใช้ประโยชน์คลื่นใหม่นี้เพิ่มเติม จากคลื่นที่มีอยู่

3G ในประเทศไทย ข้อแตกต่างระหว่าง 3G ความถี่ 850 MHz กับ 2100 MHz ความถี่สูง การกระจายสัญญาณจะไปได้ไม่ไกล ทำให้มีพื้นที่กระจายสัญญาณแคบ ต้องวางเสากระจายสัญญาณจำนวนมาก ความถี่ต่ำกว่า อย่าง 850MZh สามารถครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างกว่า 2100MHz มีความถี่สูงสามารถรองรับเทคโนโลยี 4G ได้

4G ยุค 4G ถูกพัฒนามาจากประเทศนอร์เวย์และสวีเดน ก่อนจะนำมาใช้จริงที่ประเทศสหรัฐอเมริกา สามารถทำความเร็วได้มากถึง 100Mbps สำหรับความเร็วขนาดนี้สามารถใช้งานมือถือ และ Tablet ได้หลากหลายยิ่งขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการดูวีดีโอออนไลน์ด้วยความคมชัด แบบไม่สะดุด การสื่อสารข้ามประเทศ เทคโนโลยี 4G แบ่งออกเป็น 2 ระบบด้วยกันคือ WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) และ LTE (Long Term Evolution) โดย WiMAX นำไปใช้กับแค่บางประเทศ เช่น ญี่ปุ่น, ไต้หวัน, บังคลาเทศ ส่วน LTE เป็นที่นิยมใช้มากกว่า รวมทั้งประเทศไทยด้วย

4G LTE เกิดจากการร่วมมือกันของ 3GPP (3rd Generation Partnership Project) ที่มีการพัฒนาให้ LTE มีความเร็วมากกว่ายุค 3G ถึง 10 เท่า เพื่อเป็นการกำหนดการเชื่อมต่อ High Speed Internet บนระบบ Mobile ที่พัฒนาบนพื้นฐานของ GSM, GPRS, EDGE, W-CDMA และ HSPA ซึ่งเป็นวิวัฒนาการที่ต่อเนื่อง สิ่งที่เปลี่ยนแปลงใน LTE นอกจากเรื่องการสื่อสารระหว่างมือถือกับสถานีแล้วยังมีการปรับปรุงจากโครงข่ายเดิมที่เป็นแบบวงจรสวิสต์และแพ็กเก็จสวิสต์มาเป็นแบบเครือข่ายไอพี (IP network) เพียงอย่างเดียว จุดประสงค์หลักของ LTE คือการเพิ่มความเร็วทั้ง Download และ Upload นอกจากนั้นยังลดค่าหน่วงเวลาซึ่งทำให้บริการมีความหลากหลายมากขึ้น

4G LTE Advance 4G LTE Advance คือ เทคโนโลยีล่าสุดของ LTE ที่ดีกว่าทั้งเรื่องของความเร็วในการรับส่งข้อมูล รวมทั้งระยะของการใช้งานอีกด้วย CA (Carrier Aggregation) เป็นการเอาคลื่นความถี่หลายคลื่นที่แตกต่างกันมารวมกัน เช่น 900MHz + 1800MHz ทำให้ได้คลื่นสัญญาณมากยิ่งขึ้น เมื่อรวม 2 เทคนิคนี้เข้าด้วยกันและใช้เทคนิค MiMo เพื่อเพิ่ม Antenna ทำให้ความเร็วในการรับส่งสูงขึ้นอีก ซึ่งในไทยก็มีใช้ 2x2 MiMo และ 4x4 MiMo

สัมปทานโทรศัพท์เคลื่อนที่ในประเทศไทย ผู้ให้บริการ ลูกค้า (ล้านราย) 850MHz 900MHz 1800MHz 2100MHz แบนวิธรวม 37.8 30MHz 25 50MHz 23 55MHz (ลูกค้า 3bb 2ล้าน) 10MHz 0.6 35MHz 0.4 15MHz

โครงสร้างเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ โทรศัพท์และ SIM SIM (Subscriber Identity Module) คือ Smartcard ที่จัดเก็บข้อมูลเกี่ยวกับผู้ใช้และสมุดโทรศัพท์ SIM จะบันทึก Serial Number เฉพาะที่ไม่ซ้ำกัน หรือรู้จักกันในชื่อ IMSI ที่มีขนาด 64 บิต IMSI จะถูกส่งโดยโทรศัพท์ไปลงทะเบียนกับเครือข่ายที่เชื่อมต่ออยู่ SIM อาจใช้เพื่อการบันทึกข้อมูลอื่นๆ เช่น คีย์ที่ใช้ในการเข้ารหัสข้อมูล ข้อมูลเกี่ยวกับผู้ให้บริการ และข้อมูลฉุกเฉิน

โครงสร้างเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ สถานีฐาน (Base Station) สถานีฐานเป็นส่วนของเครือข่ายที่เชื่อมเข้ากับโทรศัพท์มือถือของผู้ใช้ผ่านคลื่นความถี่ที่กำหนดไว้ ระบบสถานีฐาน เรียกว่า BSS (Base Station Subsystem) ซึ่งประกอบด้วย BSC (Base Station Controller) BTS (Base Transceiver Station)

โครงสร้างเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ Backbone Network เครือข่าย Backbone หรือ NSS (Network and Switch Subsystem) เป็นเครือข่าย Backbone ของระบบ GSM ซึ่งมีการเชื่อมต่อเข้ากับโทรศัพท์พื้นฐาน PSTN และระบบ GPRS Core Network เข้าหากันผ่าน BSS โดยเชื่อมต่อเข้าเครือข่าย IP

สรุปวิวัฒนาการของโทรศัพท์ 1G ยุคของโทรศัพท์มือถือแบบ Analog โทรศัพท์มีขนาดใหญ่มาก ใช้กำลังไฟมาก มีราคาสูงมาก หน้าจอมีเฉพาะตัวเลข พูดคุยได้อย่างเดียว

สรุปวิวัฒนาการของโทรศัพท์ 2G ยุคแรกของมือถือแบบ Digital โทรศัพท์มีเล็กลงมาก โทรศัพท์ยังเป็นภาพขายดำอยู่ สามารถส่งข้อความได้ (SMS) ข้อมูลและเบอร์โทรศัพท์เริ่มถูกบันทึกลง SIM

สรุปวิวัฒนาการของโทรศัพท์ 2.5G/2.75G ยุคที่เริ่มมีการรับส่งข้อมูลทางโทรศัพท์มือถือ ส่งข้อมูลโดยใช้ GPRS และ EDGE โทรศัพท์เริ่มเป็นภาพจอสี ถ่ายรูปและฟังเพลงได้ สามารถส่งข้อความแบบภาพและเสียงได้ (MMS) สามารถท่อง Internet ผ่านมือถือได้ การใช้งาน Internet ยังมีความเร็วไม่มาก

สรุปวิวัฒนาการของโทรศัพท์ 3G ยุคที่เน้นการรับส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายมือถือ สามารถคุยแบบเห็นหน้าได้ สามารถดู Online TV ได้ สามารถเล่น Online Games ได้ เชื่อมต่อ High Speed Internet ได้ มีคุณสมบัติการเชื่อมต่อ Internet ตลอดเวลา

สรุปวิวัฒนาการของโทรศัพท์ 4G ยุคของการรับส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายโทรศัพท์ความเร็วสูง ความเร็ว Internet สูงกว่า Internet บ้าน สามารถดู Video on-line แบบ HD ได้ รับส่งข้อมูลขนาดใหญ่ๆได้