ชุด ข 1 144

ขสารานกรมโทรคมนาคมไทย �

หมวด ข• กายภาพของการสงผานขอมลการสอสาร

• การประมวลผลและการจดการสญญาณโทรคมนาคม

• โพรโทคอลและการจดสญญาณ

• พนฐานเครอขายโทรคมนาคม

� สารานกรมโทรคมนาคมไทยขโทรคมนาคมทวไป

บทท XคลนแมเหลกไฟฟาและความถวทยเพอการสอสารElectromagnetic Spectrum and Radio Frequency Communications จฑาเพชร เวชรงษ และกองบรรณาธการ

๑) อภธานศพท (Glossary) คลน (Wave) ลกษณะของพลงงานชนดหนงทมทศทางการเคลอนทเมอถกรบกวนหรอถกกระทำโดยบางสงบางอยาง เชน การเกดคลนนำเมอโยนกอนหนลงไป การเกดคลนในเสนเชอกจากการตวดปลายเชอกขน – ลง การเกดคลนเสยงจากการสน ของวตถใดๆ และการเกดคลนแมเหลกไฟฟาจากการเหนยวนำของสนามแมเหลกและสนามไฟฟาอยางตอเนอง เปนตน ซ งสามารถใชประโยชนจากคณสมบตเฉพาะของคลนดงกลาวสำหรบการสงถายขาวสารของการสอสารโทรคมนาคมได ความถ (Frequency) จำนวนครงทนบไดตอวนาท หรอจำนวนรอบของการเคลอนทตามเวลาทกำหนด เชน คลนความถ ๓ กโลเฮรตซ (kHz) หมายถง จำนวนรอบของการสนของคลน ๓,๐๐๐ ครงตอหนงวนาท(1/s) เปนตน คลนแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic Spectrum) คลนตามขวางท เกดจากการเหนยวนำของสนามแมเหลกและสนามไฟฟาอยางตอเนอง และมทศทางการเคลอนทไปในแนวตงฉากกนของสนามแมเหลกและสนามไฟฟาเสมอ สเปกตรมหรอแถบของคลนแมเหลกไฟฟาจดแบงเปนชวงความถ สอสารไดในแบบตางๆ เชน ยานความถตำมาก (Very Low Frequency: VLF) ชวงความถ ๓ ถง ๓๐ กโลเฮรตซ (kHz) สำหรบการสอสารทางเรอดำ

นำ ยานความถสง (High Frequency: HF) ชวงความถ ๓ ถง ๓๐ เมกะเฮรตซ (MHz) สำหรบระบบวทยสมครเลน หรอยานความถเหนอสงยง (Super High Frequency: SHF) ชวงความถ ๓ ถง ๓๐ กกะเฮรตร ในระบบการสอสารผานดาวเทยม เปนตน คลนวทย (Radio Wave) คลนแมเหลกไฟฟาทมชวงความถท เหมาะสำหรบใชสำหรบการสอสารโทรคมนาคม เชน คลนวทยเพอการแพรกระจาย เ ส ย ง แ บ บ เ อ เ อ ม (Amplitude Modulation: AM) คลนวทยเพอการแพรกระจายเสยงแบบเอฟเอม (Frequency Modulation: FM) คลนแมเหลกไฟฟาในชวงการแพรกระจายสญญาณโทรทศน (TV Broadcasting) หรอ คลนไมโครเวฟ (Microwave) เปนตน การเดนทางของคลนวทย (Radio Wave Propagation) คลนวทยเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมชวงความถตงแต ๓ กโลเฮรตซ จนถงชวงความถทสงถงระดบกกะเฮรตซ (GHz) คลนวทยสอสารทสงออกจากสายอากาศภาคสงไปยงสายอากาศภาครบนนมลกษณะการเดนทางหลายชนดคอ เปนคลนตรง (Direct wave) คลนสะทอนจากดน (Ground reflected wave) คลนสะทอนจากชนบรรยากาศ (Ionosphere reflected wave) และคลนทเดนทางตามผวโลก (Surface wave) ซงรปแบบการเดนทางของคลนวทยสามารถนำไปประยกตใชงานสำหรบการสอสาร

� พนฐานวทยาการโทรคมนาคม


ตางๆ ไดตามคณบตของการเดนทางทเหมาะสมนน เชน ระบบการสอสารนำรองหรอการเดนเรอใชรปแบบคลนยาว และการสงสญญาณแพรภาพโทรทศนใชรปแบบคลนสน เปนตน ไอโอโนสเฟยร(Ionosphere) ระดบชนบรรยากาศทอยใกลระดบพนผวโลก

โดยอยในระดบความสงใกลเคยงกบชนบรรยากาศโทรโปสเฟยร ซงมระดบความสงหางจากพนผวโลกประมาณ ๑๐ กโลเมตร (km) ชนบรรยากาศไอโอโนสเฟยรจะอยในระดบการแพรกระจาย สญญาณของคลนสอสารทมความถอย ระหวาง ๒ ถง ๓๐ เมกะเฮรตซ ทเรยกวาคลนฟา (Sky Wave)

๒) บทคดยอ การคนพบคลนแมเหลกไฟฟาในปค.ศ. 1864 (พ.ศ. ๒๔๐๗) โดยเจมส คลารก แมกซเวลล นกคณตศาสตร ชาวสกอตแลนด คอจดเรมตนของคลนแมเหลกไฟฟาเพอการสอสารรปแบบตางๆ รวมทงคณสมบตเฉพาะของชวงความถตางๆ อาท คลนรงสแกมมา คลนรงสเอกซ คลนแสงอนฟราเรด คลนไมโครเวฟ และคลนวทย เปนตน ในระบบการสอสารระหวางเครองรบและเครองสงคลนสญญาณวทยนน ปจจยทมผลกระทบตอประสทธภาพการรบสงสญญาณขนอยกบลกษณะการเดนทางของคลนวทยทเลอกใชซงมรปแบบหลายชนดคอ คลนตรง คลนสะทอนจากพนดน คลนสะทอนจากชนบรรยากาศ หรอคลนทเดนทางตามผวโลก ซงลกษณะการเดนทางของคลนสามารถนำไปประยกตใชงานการสอสารตางๆ ใหเหมาะสมได เชน การสอสารระบบวทยนำรองใชลกษณะการเดนทางแบบคลนทเดนทางตามผวโลกและคลนสะทอนจากชนบรรยากาศ(คลนฟา)ในยานความถตำ ๓๐-๓๐๐ กโลเฮรตซ เพอการสอสารระยะไกลมาก สวนการสอสารระบบวทยเอฟเอมและการสงสญญาณแพรภาพโทรทศน ใชลกษณะการเดนทางแบบคลนตรงและคลนสะทอนจากพนดน(คลนดน)ในยานความถสงมาก ๓๐ ถง ๓๐๐ เมกะเฮรตซ เพอคณภาพการสอสารในพนทครอบคลมระยะใกล เปนตน Abstract In 1864, James Clerk Maxwell, a Scottish physicist and mathematician discovered that an “electromagnetic wave” was possible, a rapid interplay of electric and magnetic field spreading with the velocity of light at about 3x108 m/s. For communication purpose where the radio frequency is used, it is base on a form of that electromagnetic radiation with long wavelengths and low frequencies. The radio frequency section of electromagnetic spectrum covers on a fairly wide band. It includes waves with frequencies ranging from about 10 kilohertz to about 60,000 megahertz corresponding to wavelengths between about 30,000 m and 0.5 cm. This range of frequency is adopted for wide applications of wireless communication, broadcasting systems, satellite communications, etc. Next, the mode of propagation of electromagnetic waves in the atmosphere and in free space could be subdivided into main categories as ground wave propagation, sky wave propagation, or line of sight (LOS) propagation for instance. Each mode would be selected properly for the communication purposes by considering the obtained distance or quality of signal, and it depends on the atmospheric factors as well.

� สารานกรมโทรคมนาคมไทยข

๓) บทนำ คลนแมเหลกไฟฟาเปนปรากฏการณเกดจากการเคลอนทในสญญากาศจากการเปลยนแปลงเหนยวนำใหเกดสนามแมเหลกหรอสนามแมเหลกเหนยวนำใหเกดสนามไฟฟา โดยไมอาศยตวกลาง มพลงงานถายเทอยางตอเนองจากแหลงพลงงานสง ไปยงพลงงานตำทมคาความยาวคลน (Wave Length: λ)ตงแตเศษสวนแสนลานหรอพโกเมตร (pico mater: pm) ไปจนถง ๑๐๐ กโลเมตร (km) ๓.๑ ประวตและความเปนมา ในปค.ศ. 1864 (พ.ศ.๒๔๐๗) เจมส คลารก แมกซ เวลล (James Clerk Maxwel l) นกคณตศาสตรชาวสกอตแลนดไดเผยแพรบทความทฤษฎของสนามแมเหลกไฟฟาชอวา “A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field” [๑] พรอมทงนยามคลนวทยคอคลนแม เหลกไฟฟา ซ งมความเรวในการเดนทางเทากบความเรวแสงคอ ๓๐๐,๐๐๐,๐๐๐ เมตรตอวนาท (3×108m/s) นำมาซงแนวความคดทเกยวกบกระแสการกระจด (Displacement current) ทกลาวถงเรองไฟฟาและสนามแมเหลก โดยเปนสวนสำคญทนำไปสการวจย ทดลอง และคนหาคลนแม เหลกไฟฟา เมอป ค.ศ.1879 (พ.ศ. ๒๔๒๒) แมกซเวลไดถงแกกรรมลงเมออาย เพยง ๔๘ ป ดวยโรคมะเรง กระทงป ค.ศ.1880 (พ.ศ.๒๔๒๓) เปนจดเรมตนของการคนพบคลนแม เหลกไฟฟาตามแนวทางทฤษฎของแมกซแวล โดยนกฟสกสชาวเยอรมนทชอวาเฮน รช รดอรฟ เฮรตซ (Heinrich Rudolf Hertz) อนเนองมาจากหวขอวจยเกยวกบการเหนยวนำแมเหลกไฟฟาของวสดทรงกลมทกำลงหมนชอวา “Induction of Rotating Spheres” ซงตอมาในปค.ศ.1884 (พ.ศ.๒๔๒๗ ) ณ มหาวทยาลยคารลสครห ประเทศเยอรมน ซงเปนสถานททเฮรตซทำการศกษาคนควาวจยและการทดลอง เพอพสจนทฤษฎคลนแมเหลก ไฟฟาตามแนวคดของ แมกซเวล โดยไดคนพบการแผรงสของพลงงานในรปแบบของคลนแมเหลก ไฟฟาดวยการใชความถประมาณ ๘๐ เมกะเฮรตซ (MHz) ซงจากผลการทดลองกไดยนยนหรอสนบสนนทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟาตามแนวคดของแมกซเวล

[๒] จากนนเมอป ค.ศ. 1894 (พ.ศ.๒๔๓๗ ) เฮรตซ ไดถงแกกรรมลงเมออายเพยง ๓๗ ป ดวยโรคหลอดเลอดแดงอกเสบ หลงจากนนงานวจยของเฮรตซยงคงดำเนนการอยางตอเนอง ซงจากผลการทดลองของเฮรตซ ทำใหเกดการนำคลนแมเหลกไฟฟาไปใชสำหรบเปนชองทางหรอสอนำการสอสาร ดงเชน การนำไปใชในการแพรกระจายสญญาณของสถานวทยและโทรทศน เปนตน ๓.๒ ชนดของการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟา คลนแมเหลกไฟฟาประกอบดวยคลนแมเหลกทมความยาวคลนและความถทแตกตางกน เพอประยกตใชงานในดานการสอสารและโทรคมนาคม รวมทงการแพทย โดยครอบคลมตงแตชวงคลนทสนทสด คอรงสคอลมส (Cosmic rays) รงสแกมมา (Gamma rays) รงสเอกซ (X-rays) รงสอลตราไวโอเรท (Ultraviolet) แสงทตามองเหน หรอวสเบล (Visible) แสงอนฟราเรด (Infrared) และคลนไมโครเวฟ (Microwave) หรอชวงคลนเพอการสอสารทเรยกวาคลนวทย (Radio wave)ดวย ดงตารางท ๓.๑ มรายละเอยดดงน ก) รงสคอสมค (Cosmic rays) รงสทมพลงงานสงกบการระเบดพลงนวเคลยรมคณสมบตสามารถทะลทะลวงสง โดยเฉพาะพนดนและนำทะเล รงสคอสมคมชวงความยาวคลนสนทสด (Short wavelength) ทหนงพโกเมตร (pm) ความถสงถงสบยกกำลงยสบเฮรตซ (1020 Hz)ในแถบคลนแมเหลกไฟฟา [๓] ข) รงสแกมมา (Gamma rays) รงสทมพลงงานและอำนาจทะลทะลวงสงเทากบหรอนอยกวารงสคอสมค แผรงสจากปฏกรยานวเคลยรหรอจากสารกมมนตรงส ซงมอนตรายตอสงมชวต มชวงความยาวคลนนอยกวาหนงพโกเมตร หรอนอยกวาศนยจดหนงนาโนโมตร ความถสบกำลงสบเกาเฮรตซ (1019 Hz) และพลงงานสงมากกวา ๑๐ กโลอเลกตรอนโวลต (kilo electron Volts: keV) ค) รงสเอกซ (X-rays) รงสทมความยาวคลนสนมากกวา ๑ นาโนเมตร (๑ เมตร เทากบ ๑,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐ นาโนเมตร) ความถสง (1018 Hz) และมพลงงานในชวง ๑๐๐


ตารางท ๓.๑ คลนแมเหลกไฟฟากบการสอสาร


อเลกตรอนโวลต ถง ๑๐๐ กโลอเลกตรอนโวลต คณสมบตสามารถแผรงสผานรางกายและสงของโดยไมเกดอนตรายตอสงมชวต (ยกเวนไดรบรงสในปรมาณมากเกนไป) รงสเอกซนำมาประยกตใชงานในดานการแพทยและทนตกรรมในการตรวจดความผดปกตของอวยวะในรางกาย และนำไปใชงานในดานการตรวจจบวตถระเบดหรออาวธปนในกระเปาเดนทาง ง) รงสอลตราไวโอเรท (Ultraviolet) รงสธรรมชาตท เกดจากการแผรงสของดวงอาทตย (Solar) ทมประโยชนตอรางกาย (ในชวงเวลาเชา) มความยาวคลน ๑ ถง ๔๐๐ นาโนเมตร ชวงความถ 1015 – 1018 เฮรตซ และมพลงงานในชวง ๒ ถง ๓ อเลกตรอนโวลตเทานน สำหรบการประยกตใชงานนำไปใชในดานการแพทยและระบบสอสารดวยแสง [๓] จ) แสงทตามองเหน (Visible light) แสงทประสาทตาของมนษยสามารถสมผสไดในชวงความยาวคลน ๔๐๐ ถง ๗๐๐ นาโนเมตร โดยแสงขาวจากดวงอาทตย สามารถมองเหนจากปรซมไดเปนสมวง คราม นำเงน เขยว เหลอง แสด แดง คลายกบสของร งกนนำซ งเรยกวา สเปกตรม (Spectrum) ฉ) แสงอนฟราเรด (Infrared) คลนแมเหลกไฟฟาทมความถและความยาว คลนอยระหวางแสงทตามองเหนกบคลนไมโครเวฟ มคณสมบตสามารถสะทอนแสงกบวตถผวเรยบ แตไมสามารถผานวตถทบแสงได ซงโดยทวไปในระบบการสอสารนำไปประยกตใชงานในดานการสอสารระยะใกล(การสอสารแบบไรสาย)เชน ร โมทคอลโทรล (Remote control) ของเครองรบโทรทศน และอปกรณคอมพวเตอรทมชองสอสารอนฟราเรด (Infrared Data Association: IrDa) เพอเชอมตอกบโทรศพทเคลอนทสำหรบการรบสงสญญาณขอมล เปนตน ช) คลนไมโครเวฟ (Microwave) คลนแมเหลกไฟฟาทมความถในชวง 108-1012 เฮรตซ และความยาวคลน ๑ มลลเมตร (mm) ถง ๑๐ เซนตเมตร (cm) มลกษณะการ

กระจายคลนแบบตรง (Direct wave propagation) และไมสะทอนชนบรรยากาศ คลนไมโครเวฟถกนำไปใชงานในดานระบบเชอมตอสญญาณในระยะสายตา (Line of sight) และระบบคลนฟา เชน การสงสญญาณของชมสายโทรศพททางไกล(Trunk) การสงสญญาณแพรภาพโทรทศน และการสอสารผานดาวเทยม เปนตน ซ) ยานความถวทยเพอการสอสาร (Radio wave) คลนแมเหลกไฟฟาทมคณสมบตสามารถนำขอมลภาพ เสยง และขอมลอนๆ เดนทางผานชนอากาศได ซงเปนคณสมบตทมประโยชนตอการสอสารโทรคมนาคมในหลายดาน เชน ระบบวทยสอสารเอเอมและเอฟเอม (Amplitude Modulation: AM and Frequency Modulation: FM) การสอสารทางเรอดำนำ การสอสารทางทะเล การสอสารโทรศพทเคลอนท การแพรภาพโทรทศน และการสอสารผานดาวเทยม เปนตน สำหรบการแบงย านความถ ของคลนวทยตามกฏของสหพนธโทรคมนาคมนานาชาต (International Telecom-munication Union: ITU) แสดงดงตาราง ๓.๒ น ๔)การแพรกระจายคลนวทย (Radio wave propagation) ประสทธภาพการรบสงสญญาณเปนสงทสำคญในระบบการสอสาร ซงปจจยทมผลกระทบตอประสทธภาพการรบสงสญญาณนนนอกจากภาครบสงแลวจะขนอยกบลกษณะการเดนทางของคลน คณสมบตการกระจายคลน และตวกลางสอนำสญญาณดวย เปนตน ดงตารางท ๓.๑ มรายละเอยด ตอไปน ๔.๑ ลกษณะการเดนทางของคลน คลนวทยทสงจากสายอากาศภาคสงไปยงสายอากาศภาครบนนมลกษณะการเดนทางหลายชนดคอ อาจเปนคลนตรง (Direct wave) คลนสะทอนจากพนดน (Ground-reflected wave) คลนสะทอนจากชนบรรยากาศ (Ionosphere- reflected wave) หรอคลนทเดนทางตามผวโลก (Surface wave) เปนตน


ยานความถตำมาก (Very Low Frequency : VLF) ยานความถตำ (Low Frequency: LF) ยานความถปานกลาง (Medium Frequency: MF) ยานความถสง (High Frequency: HF) ยานความถสงมาก (Very High Frequency :VHF) ยานความถสงยง (Ultra High Frequency: UHF) ยานความถเหนอสงยง (Super High Frequency: SHF) ยานความถสงยงยวด (Extremely High Frequency: EHF)

ยานความถ ความถ ความยาวคลน (Frequency Band) (Frequency) (Wave Length)

๓ – ๓๐ กโลเฮรตซ (kHz) ๑๐,๐๐๐ – ๑๐๐,๐๐๐ เมตร (m)

๓๐ – ๓๐๐ กโลเฮรตซ (kHz) ๑,๐๐๐ – ๑๐,๐๐๐ เมตร (m)

๓๐๐ – ๓,๐๐๐ กโลเฮรตซ (kHz) ๑๐๐ – ๑,๐๐๐ เมตร (m)

๓ – ๓๐ เมกะเฮรตซ (MHz) ๑๐ – ๑๐๐ เมตร (m)

๓๐ – ๓๐๐ เมกะเฮรตซ (MHz) ๑ – ๑๐ เมตร (m)

๓๐๐ – ๓,๐๐๐ เมกะเฮรตซ (MHz) ๑๐ -๑๐๐ เซนตเมตร (cm)

๓ – ๓๐ กกะเฮรตซ (GHz) ๑ -๑๐ เซนตเมตร (cm)

๓๐ – ๓๐๐ กกะเฮรตซ (GHz) ๐.๑ – ๑ เซนตเมตร (cm)

ก) ลกษณะการเดนทางของคลนสน คลนวทยท เปนคลนสนนน หากระยะทางระหวางสายอากาศภาคสงกบสายอากาศภาครบมคานอยมากลกษณะการเดนทางของคลนยานความถสงมาก(Very High Frequency: VHF) และยานความถสงยง (Ultra High Frequency: UHF) เปนคลนตรงทสงสญญาณตรงจากเสาอากาศภาคสงไปยงเสาอากาศภาครบ หรอคลนสะทอนจากพนดนทสงคลนออกจากเสาอากาศภาคสงตกกระทบกบพนดนแลวสะทอนไปยงเสาอากาศภาครบ(ดงรปท ๔.๑) คลนทเดนทางตามผวโลก(กรณสายอากาศมความสงไมมาก) จดรวมอยจำพวกเดยวกน เรยกวาคลนดน (Ground wave) ดงรปท ๔.๒ หรอคลนโทร

โปสเฟยร (Tropospheric wave) ซงเปนคลนทขนอยกบการเปลยนแปลงบรรยากาศชนโทรโปสเฟยร (การเปลยนแปลงนสวนใหญเกดขนมาจากการเปลยนแปลงของสวนประกอบของอากาศ) ทำใหเกดความเขมของสนามไฟฟาทางดานรบมเปลยนแปลง โดยเฉพาะอยางยงคลนในยานความถสงยง (UHF) และยานความถสงมาก (VHF) นนเกดการหกเห (Refraction) การสะทอน (Reflection) และการดดกลน (Absorption) ดงนนคลนวทยในยานความถสงมากและยานความถสงยง ถกเรยกวาคลนโทรโปสเฟยรมากกวาคลนดน สำหรบคลนสนในกรณทระยะทางระหวางสายอากาศภาคสงและภาครบมคามากนนคลนทำมมคา

ตารางท ๓.๒ ตารางแบงยานความถของคลนวทย (๔)


หนงกบพนดน และคลนทหนเขาหาบรรยากาศนนสะท อนกลบท บ ร รยากาศช น ไอ โอ โนส เฟ ย ร (Ionosphere) หรออาจหกเหกลบมายงสายอากาศรบดงรปท ๔.๓[๔] คลนสนมการเดนทางทงแบบคลนทเดนทางตามผวโลกและคลนไอโอโนสเฟยรในระยะทางทใกลและไกลตามลำดบ แตเนองดวยคลนทเดนทางตามผวโลกเกดการลดทอนกำลง (Attenuation) มาก โดยทวไปจงสงสญญาณคลนสนเดนทางแบบคลนไอโอโนสเฟยรแทน ดงรปท ๔.๔ สำหรบระยะทางสงสดคลนวทยยานความถสงมาก ซงเปนคลนสนประเภทหนงมคาเทากบความยาวของเสนระยะสายตาสงสดระหวางสายอากาศภาคสงกบสายอากาศภาครบ (Line of sight) เหมาะสำหรบการใชงานการสอสารระบบวทย

เอฟเอม (Frequency Modulation: FM) การสงสญญาณแพรภาพโทรทศน และการสอสารในการเดนเรอ เปนตน ข) ลกษณะการเดนทางของคลนปานกลาง ลกษณะการเดนทางของคลนปานกลางในเวลากลางวนเปนคลนทเดนทางตามผวโลก สวนในเวลากลางคนมทงคลนทเดนทางตามผวโลกและคลนทสะทอนจากชนบรรยากาศไอโอโนสเฟยร ซงโดยทวไปอย ในยานความถปานกลาง (Medium Frequency: MF) ๓๐๐ ถง ๓,๐๐๐ กโลเฮรตซ (kHz) เหมาะสำหรบการสอสารดานระบบการเตอนภยทางทะเล ระบบคลนวทยสมครเลน (Amateur radio) และการออกอากาศระบบคลนวทยเอเอม (Amplitude Modulation: AM) เปนตน [๔] ค) ลกษณะการเดนทางของคลนยาว

รปท ๔.๑ การเดนทางของคลนตรง และคลนสะทอนจากพนดน

รปท ๔.๒ การเดนทางของคลนทเดนทางตามผวโลก (Surface wave) หรอคลนดน (Ground wave)

รปท ๔.๓ การเดนทางของคลนไอโอโนสเฟยร

รปท ๔.๔ การเดนทางเปนเสนตรงในไอโอโนสเฟยร

คลนตรง (Direct wave)

คลนสะทอนจากพนดน (Ground refected wave)

สถานเสาอากาศภาคสง สถานเสาอากาศภาครบ

คลนดน (Ground wave)

สถานเสาอากาศภาคสง

พนผวโลก


สถานเสาอากาศภาคสง

ชนบรรยากาศไอโอโนสเฟยร

(Ionosphere)


ระยะทางไกล

ชนบรรยากาศไอโอโนสเฟยร

(Ionosphere)


คณสมบตการเดนทางของคลนยาวมทงคลนทเ ดนทางตามผ ว โลกและคล นสะทอนจากช นบรรยากาศหรอคลนฟา (Sky wave) สำหรบการสอสารระยะทางใกลและระยะไกลขนอยกบคาบนทอนกำลงของคลน (Attenuation Constant) หากคลนยาวมคาความถต ำมากๆเดนทางในลกษณะตามผวโลก คาบนทอนกำลงของคลนนนจะมคานอย ทำใหคลนสามารถเดนทางไปไดในระยะทางทไกล เหมาะสำหรบคลนทมยานความถตำ(Low Frequency: LF) ๓๐ ถง ๓๐๐ กโลเฮรตซ และยานความถสง (High Frequency: HF) ๓ ถง ๓๐ เมกะเฮรตซ สำหรบการนำไปประยกตใชงานโดยทวไปคลนยาวใชงานในระบบวทยนำรอง (Radio Navigational Aid) และระบบการสอสารกบเรอดำนำ คลนยาวนนสามารถเดนทางเขาไปในนำไดลกพอสมควร ดงนน จงสามารถนำมาใชในการตดตอสอสารกบเรอดำนำได แตไมสามารถสงสญญาณคลนจากเรอดำนำทดำอยใตนำขนมาได [๔] ๕) การประยกตใชงานสำหรบคลน วทย จากแผนภมท ๓.๑ คลนแมเหลกไฟฟาในดานของคลนวทยสามารถนำมาประยกตใชงานสำหรบการสอสารโทรคมนาคมไดดงน ๕.๑ การสอสารผานดาวเทยม (Satellite communication) การสอสารผานดาวเทยมเพอการถายทอดสญญาณเสยง ภาพ รวมถงมลตมเดยในรปแบบตางๆ จากฝงสงสญญาณหรอสถานดาวเทยมไปยงฝ งรบสญญาณผานดาวเทยมนนใชหลกการสงสญญาณผานคลนวทยไมโครเวฟ (Microwave radio) จนถงฝงรบสญญาณ ซงมลกษณะการเดนทางเปนแบบคลนตรงและคลนสะทอนจากพนดนจากสถานภาคพนดนผานทะลชนบรรยากาศไปยงดาวเทยม คลนมยานความถการสอสารตวอยางอยในชวงประมาณ ๓ ถง ๓๐๐ กกะเฮรตซ (GHz)[๓] ตวอยางยานความถการสอสารทางดาวเทยมไทยคมของประเทศไทย โดยมการใชงานยานความถซแบนด

(C – Band) ๔ ถง ๘ กกะเฮรตซ และยานความถเคยแบนด (KU - Band) ๑๒ ถง ๑๘ กกะเฮรตซ สำหรบสญญาณความถขาขนและขาลง ๕.๒ การถายทอดสญญาณดวยคลนไมโคร-เวฟ คลนไมโครเวฟมลกษณะการเดนทางของคลนตรง (ไมสะทอนชนบรรยากาศ )อยในชวงความถประมาณ ๑ ถง ๑๐๐ กกะเฮรตซ คลนไมโครเวฟถกนำไปใชงานในดานระบบการเชอมตอสญญาณ เชน การสงสญญาณชมสายโทรศพททางไกล การแพรภาพออกอากาศโทรทศน และการสอสารผานดาวเทยม เปนตน[๕] ๕.๓ การแพรภาพสญญาณโทรทศนยานความถสงยงหรอยเอชเอฟ (Ultra High Frequency: UHF) การแพรภาพสญญาณโทรทศนยานความถสงยงทความถ ๐.๓ ถง ๓ กกะเฮรตซ หรอความยาว คลนประมาณ ๑๐ เซนตเมตร (cm) [๖] มการเดนทางของคลนสนในลกษณะคลนตรงและคลนสะทอนจากพนดน รวมถงคลนทเดนทางตามผวโลกดวย (กรณสายอากาศมความสงไมมาก) ตวอยางการใชงานคลนวทยยานความถสงยงในประเทศไทย อาท สถานโทรทศนไทยทวสชอง ๓ และสถานโทรทศนไทยพบเอส (พ.ศ. ๒๕๕๑) เปนตน ๕.๔ การแพรภาพสญญาณโทรทศนยานความถสงมาก หรอวเอชเอฟ (Very High Frequency: VHF) การแพรกระจายสญญาณโทรทศนยานความถสงมาก ๓๐ ถง ๓๐๐ เมกะเฮรตซ หรอความยาวคลนประมาณ ๑ เมตร[๖] มการเดนทางของคลนสนในลกษณะคลนตรงและสะทอนจากพนดน สำหรบตวอยางการใชงานยานความถสงมากในประเทศไทย อาท การแพรภาพสถานโทรทศนกองทพบกชอง ๕ สถานโทรทศนกองทพบกชอง ๗ สถานโทรทศน อ.ส.ม.ท. ชอง ๙ (Modern Nine TV ) และสถานวทยแหงประเทศไทยชอง ๑๑ หรอเอนบท (Nationnal Broadcast Television: NBT) เปนตน ๕.๕ การแพรกระจายคลนวทยเอฟเอม (Frequency Modulation Broadcasting: FM)


๒๙.๗๐๐ เมกะเฮรตซ และยานความถสงมากทความถวทย ๑๔๕.๘๐๐๐ ถง ๑๔๖.๐๐๐ เมกะเฮรตซ ตามลำดบ เพอการตดตอการสอสาร อาท ระบบสอสารสญญาณวทย (Radio Communication System) ของดาวเทยมไทพฒซงใชชดรบสญญาณวทยยานความถสงมาก(VHF) ๑๔๐ เมกะเฮรตซ (MHz) ถง ๑๕๐ เมกะเฮรตซ (MHz) จำนวนสามชองสญญาณ และสำหรบชดสงสญญาณวทยมจำนวนสองชด ซงมกำลงสง ๒ วตต และ ๑๐ วตต ดวยการสงสญญาณยานความถสงยง (Ultra-high frquency: UHF) ๔๓๐ MHz ถง ๔๓๕ MHz เปนตน [๗] ๕.๘ การแพรกระจายคลนวทยเอเอม (Amplitude Modulation Broadcasting: AM) คลนวทยเอเอมมความถอยในยานความถปานกลาง ๓๐๐ ถง ๓,๐๐๐ กโลเฮรตซ หรอความยาว คลนประมาณ ๑๐๐ เมตร โดยทวไปมการเดนทางของคลนปานกลางในลกษณะการเดนทางแบบคลนท เ ด นทางตามผ วและคล นท ส ะท อนจากช นบรรยากาศไอโอโนสเฟยร ตวอยางสำหรบระบบคลนวทยเอเอมของสถานวทยสวนกลางในประเทศไทย ใชยานความถ ประมาณ ๕๒๖.๕กโลเฮรตซ จนถง๑,๖๐๖.๕ เมกะเฮรตซ ๕.๙ การสอสารนำรอง (Navigation) การรบสงสญญาณวทยแจงเตอนภยบนทะเลของ ระบบวทยนำรองและระบบการสอสารกบเรอดำนำเปนการตดตอสอสารระหวางเรอจากฝงหนงไปยงเรออกฝงหนงหรอสถานฐานกบตวเรอแตละลำ โ ด ย ใ ช ห ล ก ก า ร ส ง ส ญ ญ า ณ ค ล น ย า ว แ ล ะคลนปานกลางในลกษณะคลนทเดนทางตามผวโลกและคลนสะทอนจากชนบรรยากาศยานความถความถตำ (LF) ๓๐ ถง ๓๐๐ กโลเฮรตซ และยานความถปานกลาง (MF) ๓๐๐ ถง ๓,๐๐๐ กโลเฮรตซ

คลนวทยเอฟเอมมความถอยชวงยานความถสงมาก ๓๐ ถง ๓๐๐ เมกะเฮรตซ และความยาวคลนประมาณ ๑ เมตร มการเดนทางของคลนสนนในลกษณะการเดนทางแบบคลนตรงและคลนสะทอน หรอคลนทำมมคาหนงกบพนดนและคลนทหนเขาหาบรรยากาศนนสะทอนกลบทชนไอโอโนสเฟยร สำหรบระยะทางของเสาอากาศภาคสงและภาครบนอยและสำหรบระยะทางของเสากาศภาคสงและภาครบมาก ตามลำดบ ตวอยางสำหรบระบบคลนวทยเอฟเอมของสถานวทยสวนกลางในประเทศไทยใชยานความถประมาณ ๘๗.๐ เมกะเฮรตซ จนถงยานความถประมาณ ๑๐๘.๐ เมกะเฮรตซ ๕.๖ การสอสารระบบโทรศพทเคลอนท (Mobile phone communications) การสอสารแพรกระจายสญญาณโทรศพทเคลอนทเปนการถายทอดสญญาณเสยง ภาพ จากฝงสงสญญาณไปยงฝงรบสญญาณ โดยการเดนทางของคลนสนในลกษณะการเดนทางแบบคลนตรงในยานความถสงมาก ๓๐ ถง ๓๐๐ เมกะเฮรตซ และยานความถสงยง ๓๐๐ ถง ๓,๐๐๐ เมกะเฮรตซ รวมทงยานความถเหนอสงยง ๓ ถง ๓๐ กกะเฮรตซดวย ตวอยางสำหรบระบบโทรศพทเคลอนท อาท ระบบโทรศพทเคลอนท ๔๗๐ เมกะเฮรตซ ระบบโทรศพทเคลอนท ๘๐๐ เมกะเฮรตซ ระบบโทรศพทเคลอนท ๑,๘๐๐ เมกะเฮรตซ และระบบโทรศพทเคลอนทเซลลลาร ๙๐๐ (Celluar 900) หรอจเอสเอม ๙๐๐ (GSM 900) เปนตน ๕.๗ การสอสารคลนวทยสมครเลน (Amateur radio) ระบบคลนวทยสมครเลนโดยทวไปอยในยานความถปานกลาง (Medium Frequency: MF) ๓๐๐ ถง ๓,๐๐๐ กโลเฮรตซ มการเดนทางในลกษณะตามผวโลกและคลนทสะทอนจากชนบรรยากาศไอโอโนสเฟยร ตวอยางสำหรบการตดตอสอสารในกจการวทยสมครเลนผานดาวเทยม (Amateur Satellite Service) โดยใชความถวทยยานความถปานกลาง (Medium Frequency: MF) หรอความถสง (High Frequency: HF) ทความถวทย ๑.๘๐๐ ถง

ขสารานกรมโทรคมนาคมไทย �0

๖. จดหมายเหต

ป ค.ศ. เหตการณทสำคญ

(พ.ศ.) 1864 เจมส คลารก แมกซเวลล (James Clerk Maxwell) นกคณตศาสตร ชาวสกอตแลนด (๒๔๐๗) ไดเผยแพรบทความทฤษฎของสนามแมเหลกไฟฟาชอวา “A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field” และนยามคลนวทยไวคอคลนแมเหลกไฟฟาทม ความเรวในการเคลอนทเทากบแสงหรอ ๓๐๐,๐๐๐,๐๐๐ เมตรตอวนาท (3×108m/s) 1880 คนพบคลนแมเหลกไฟฟาตามแนวทางทฤษฎของแมกซแวล โดยนกฟสกสชาวเยอรมน (๒๔๒๓) เฮนรช รดอรฟ เฮรตซ (Heinrich Rudolf Hertz)จากหวขอวจยการเหนยวนำแมเหลก ไฟฟาของวสดทรงกลมทกำลงหมน ชอวา “Induction of Rotating Spheres” 1884 เฮนรช รดอรฟ เฮรตซ คนพบการแผรงสของพลงงานในรปแบบของคลนแมเหลกไฟฟา (๒๔๒๗) ดวยการใชคลนความถประมาณ ๘๐ เมกะเฮรตซ (MHz) ณ มหาวทยาลยคารลสครห ประเทศเยอรมน 1904 พระบาทสมเดจพระจลจอมเกลาเจาอยหวรชกาลท ๕ ทรงมพระบรมราชานญาตใหม (๒๔๔๗) การทดลองรบ-สงวทยเปนครงแรกในประเทศไทย 1936 กองชางวทย กรมไปรษณยโทรเลขทดลองวทยสอสารแบบนกวทยสมครเลน (๒๔๗๙) (Amateur Radio) โดยเครองสงวทยโทรเลขกำลง ๕๐๐ วตต ใชสญญาณเรยกวาเอช เอสหนงพเจ (HS 1 PJ) ความถยาน ๑๔ เมกะเฮรตซ เมอวนท ๒๓ พฤษภาคม 1955 การแพรภาพขาว-ดำในประเทศไทยเกดขนครงแรกโดยสถานวทยโทรทศนไทยทว ใน (๒๔๙๘) วนท ๒๔ มถนายน

ตารางท ๖.๑ เหตการณทสำคญของคลนแมเหลกไฟฟาและคลนวทยสอสารของโลก

บรรณานกรม [๑] I. C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, Vol.1 and 2. New York : Dover, 1954. [๒] Adolf J. Schwab and Peter Fischer, “Maxwell, Hertz, and German Radio-Wave History”, Proceedings of The IEEE, vol. 86, NO. 7. 1998. [๓] Göran Einarsson, Principles of Lightwave Communications .England: John Wiley&So ns Ltd, 1996. [๔] อภนนท มณยานนท. การเดนทางของคลนวทย. ภาควชาวศวกรรมโทรคมนาคม คณะวศวกรรมศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง, ๒๕๒๗. [๕] John G. Proakis. Digital Communicat ion; 3rd ed. Singapore :Mcgraw-Hi l l Book Company,1995. [๖] Leon W. Couch II. Digital and Analog Communication Systems Fifth Edition. Singapore :Prentice Hall International,1997. [๗] สมภพ ภรวกรยพงศ, Marc Fouquet และ สเจตน จนทรงษ, “การออกแบบทรานสพวเตอรโมดลสำหรบ ดาวเทยม TMSAT,” การประชมวชาการทางวศวกรรมไฟฟา ครงท ๑๙, หนา CM๑๖๐-๑๖๔, ปพ.ศ. ๒๕๓๙.

�� สารานกรมโทรคมนาคมไทยข

๑) อภธานศพท (Glossary) การควบคมการเขาใชบรการ (Admission control) การอนญาตใหหรอการปฏ เสธไม ใหผ ใชบรการสามารถเขาใชบรการในเครอขายได โดยทำการควบคมโดยอาศยเงอนไขไดหลายชนด เชน ปรมาณสญญาณแทรกสอด (interference-based) หรอปรมาณขอมล (throughput-based) เปนตน ซงหากระบบมปรมาณสญญาณแทรกสอด หรอปรมาณขอมลทรองรบไดเกนกำหนดแลวกจะปฏเสธทจะใหบรการกบผใชบรการทกำลงรองขอมา การควบคมการเขาใชงานจะมความสมพนธกบการควบคมภาระ (load control) ของระบบ ซงมหนาทในการคมปรมาณการใชงานเพอใหระบบทำงานไดอยางมเสถยรภาพ ความจ (Capacity) ความสามารถของเครอขายหรอสถานฐานในการรองรบปรมาณการใชงาน ซงวดไดจากจำนวนผใ ช ห ร อ ป ร ม าณข อ ม ล ร ว ม ( a g g r e g a t e d throughput) หากพจารณาในกรณทชองความถมความจมากพอในการรองรบอตราการสงขอมลสงสดแลว ระบบการรวมใชชองสญญาณแบบแบงความถหรอเอฟดเอมเอ (Frequency Division Multiple Access: FDMA) และการรวมใชชองสญญาณแบบแบงเวลา (Time Division Multiple Access: TDMA) เปนความจแบบคงท (Hard Capacity) ในขณะทระบบการรวมใชชองสญญาณแบบแบงรหส

บทท xการบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทยเบองตน ดามพเมษ บณยะเวศ มหาวทยาลยธรรมศาสตร

(Code Division Multiple Access: CDMA) นนเปนความจแบบไมคงท (soft capacity) แฮนดโอเวอร หรอ แฮนดออฟ (Hand-over หรอ Hand-off) การสงตอบรการสอสารจากสถานฐานหนงไปอกสถานฐานหนงในกรณทผใชบรการมการเคลอนทข ามพนทบรการ หรอผ ใชบรการอย ในพนททสามารถรบสญญาณไดจากหลายสถาน สำหรบการสงตอบรการสอสารเครอขายโดยผใชตดตอกบสถานฐานเดยวขณะโอนยายการบรการ เรยกวาฮารดแฮนดออฟ (Hard Handoff: HHO) และ การสงตอบรการสอสารเครอขายโดยผใชตดตอกบหลายสถานขณะโอนยายการบรการ เรยกวาซอฟทแฮนดออฟ (Soft Handoff: SHO) การเขาใชชองสญญาณ (Multiple Access) การกำหนดรปแบบในการเขาใชชองสญญาณ ทงนสามารถทำไดหลากหลายรปแบบ เชน การรวมใชชอง สญญาณแบบแบงความถ (Frequency Division Multiple Access: FDMA) การรวมใชชองสญญาณแบบแบงเวลา (Time Division Multiple Access: TDMA) และการรวมใชชองสญญาณแบบแบงรหส (Code Division Multiple Access: CDMA) คณภาพของสญญาณ (Signal Quality) ดชนทใชวดคณภาพของสญญาณทตองการพจารณา โดยเปรยบเทยบกบสญญาณรบกวนหรอสญญาณแทรกสอด ตวอยางเชน อตราสวนกำลง

ขสารานกรมโทรคมนาคมไทย ��

ของสญญาณทตองการตอสญญาณรบกวน (Signal to Noise Rat io: SNR) อตราสวนกำลงของสญญาณพาหและสญญาณแทรกสอด (Carrier to Interference Ratio: CIR) เปนตน การสลบสายหรอการเชอมตอคสาย (Switching) ลกษณะการเชอมตอคสายนนแบงไดเปนสองแบบหลกๆ คอ การเชอมตอแบบวงจรสลบสาย (circuit switching) และการเชอมตอแบบกลม

ขอมลหรอแพกเกต (packet switching) โดยทการเชอมตอแบบวงจรสลบสายเปนการเชอมตอตนทางและปลายทางตลอดเวลาตงแตมการรองขอใหสรางวงจรจนกระทงมการรองขอใหยกเลกวงจร ลกษณะการเชอมตอแบบนจะใชกบวงจรของการสนทนาเปนหลก ในขณะทการเชอมตอแบบแพกเกตจะมการเชอมตอตนทางและปลายทางเฉพาะกรณทมขอมลหรอกลมขอมลทจะสงเทานน หลงจากนนจะยกเลกวงจรในทนท

๒) บทคดยอ การสอสารวทยหรอการสอสารไรสายเปนสาขาทมการพฒนาอยางรวดเรว ไมวาจะเปนการพฒนาทางดานเทคโนโลย ดานการบรการ หรออปกรณสนบสนนตางๆ อยางไรกตามขอจำกดในการรองรบปรมาณผใชบรการกยงมอย และปจจยสำคญคอแถบความถทมอยอยางจำกด ปญหาดานการบรหารทรพยากรการสอสารวทยนน แตเดมจะมการพจารณาแตการจดสรรชองสญญาณวทยเพยงปจจยเดยว ในขณะทเมอไดศกษาวจยเพมมากขนวายงมปจจยอนๆอกหลายประการทสงผลตอเพมในการเพมความสามารถในการรองรบปรมาณผใชบรการโดยไมทำใหระดบคณภาพของบรการตกลง การบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทยมหนาทหลกในการควบคมปจจยตางๆ เพอใหการใชทรพยากรมประสทธภาพสงสด และจดการทรพยากรนนจะครอบคลม การเลอกสถานฐาน การสงตอบรการเครอขาย การควบคมการเขาใชบรการ การควบคมกำลงสง การควบคมภาระ และการจดกำหนดการ เปนตน Abstract Radio or wireless communications is the fastest developing technologies. Advancement includes cutting-edge technologies, customer-centric services and versatile equipments. Nonetheless, there are many constraints, mainly from the spectral bandwidth, that limit the system capacity. Major consideration focused on the channels assignment every time we considered the capacity enhancement. Many studies have shown that there are more than just the channel allocation schemes. Radio resource management plays a key role for efficient utilization of resources to assure the quality of service and to maintain high level of system capacity. RRM includes, but not limited to, base station assignment, handover, admission control, power control, load control and scheduling algorithms.


๓) บทนำ ทรพยากรท เปนปจจยสำคญในระบบการสอสารไรสายคอสเปกตรมหรอแถบความถทใชในการสอสาร เมอการสอสารวทยหรอการสอ สารไรสายไดมการพฒนามาอยางตอเนอง ทำใหไมเฉพาะเพยงแตแถบความถเทานนทมผลตอ ความสามารถในการรองรบปรมาณการใชงานผใชบรการหรอ ความจ (Capacity) ของระบบสอสาร หากยงมปจจยสำคญอนๆ ทเกยวเนองดวย ดงนนจงเปนสงสำคญทจะตองเพมขอบเขตของนยามเกยวกบทรพยากรการสอสารวทยใหกวางขน เพอทจะไดครอบคลมปจจยอนๆ นอกเหนอจากแถบความถดงกลาว ทสงผลตอความสามารถของเครอขายและประสทธผลของการใชทรพยากร ตวอยางเชน อปกรณทสถานฐานและอปกรณของผใชบรการนน สงผลอยางมากตอการวางแผนเครอขายและการใชทรพยากร ในกรณทตองการพจารณาวาควรจะกำหนดความสามารถของการประมวลผลสำหรบอปกรณทสถานฐานและอปกรณของผใชบรการอยางไร ก) ตองการตดตงสถานฐานใหมความหนาแนนมาก แตตองมการลงทนสง เพอแลกกบการทใหอปกรณของผใชบรการไมตองมคณภาพสง มราคาถก และใชพลงงานนอย ข) ตองการทจะใหอปกรณของผใชบรการมความฉลาดและสลบซบซอน แตมราคาแพงและใชพลงงานจากแบตเตอรมากขน เพอแลกกบการทใหอปกรณสถานฐานมราคาถก สามารถตดตงและใชงานไดอยางรวดเรว (Rapid deployment) การตดสนใจเหลานเปนปญหาของการหาจดการดำเนนงานทเหมาะสมทสด (Optimization) ภายใตเงอนไขและขอจำกดตางๆ ๔) ทรพยากรการสอสารวทย ๔.๑ หลกการพนฐาน การบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทย (Radio Resource Management: RRM) เปนแนวคดในการจดการทรพยากรในเครอขายทมผใชจำนวนมาก โดยมวตถประสงคเพอใชทรพยากรวทย

คอแถบความถทมอยอยางจำกดใหมประสทธผลสงสด กลาวคอ หากพจารณาระบบทประกอบดวย ก) ผใชบรการเครอขายวทย ข) เครอขายทมสถานฐาน (Base Station) หรอจดใหบรการเครอขาย (Access Port) ค) ชองสญญาณแบบสอสารสองทางหรอดเพลกซ (Duplex) พจารณาชองสญญาณจากเทคนคทใชในการสอสาร เชน การรวมใชชองสญญาณแบบแบงความถ การรวมใชชองสญญาณแบบแบงเวลา และการรวมใชชองสญญาณแบบแบงดวยรหส การเชอมตอในการสอสารวทยจงมความจำเปนตองมการกำหนดหรอ จดสรรทรพยากรดงตอไปนใหกบผใช บรการเครอขาย ก) ตองมการเลอกวาผใชบรการ จะตองตดตอกบเครอขายผานสถานฐาน หรอจดใหบรการเครอขายใด ข) ตองมการเลอกวาในการตดตอผานสถานฐาน หรอจดใหบรการเครอขายนนๆ จะตองใชชองสญญาณใด ค) ตองมการกำหนดกำลงสงของอปกรณทเครองสงสถานฐานหรอจดใหบรการ และหรอเครองสงของอปกรณผใชบรการเครอขาย การเลอกสถานฐาน และการกำหนดกำลงสงนนมความสมพนธกนโดยตรง เนองจากหากระยะระหวางผใชบรการกบสถานฐานมมากจะตองใชกำลงสงมาก ดงนนวธการในการประหยดพลงงานคอการใหผใชบรการตดตอกบสถานฐานทใกลทสด อยางไรกตามตวแปรหลกทเปนขอจำกดทตองนำมาพจารณาดวยคอ จำนวนและตำแหนงของสถานฐานในขณะนน กำลงสงของอปกรณทสถานฐานและผใชบรการ ซงทงหมดขนอยกบการออกแบบและขอกำหนดตามมาตรฐานความปลอดภย สำหรบตำแหนงของผใชบรการเปนตวแปรอสระทยากตอการควบคม สำหรบการเลอกวาการตดตอผานสถานฐาน หรอจดใหบรการเครอขายนนๆ จะตองใชชองสญญาณใดนน จะถกจำกดอยท จำนวนชองทสามารถนำมาใชไดทงหมด ทงนเปนผลอนสบเนอง


มาจากความกวางแถบความถ (Bandwidth) ทไดรบสมปทานมา หรอทประมลมาไดมขนาดจำกด การจดสรรทรพยากรพนฐานหลกทงสามประการขางตน โดยทวไปแลวจะถกควบคมโดยวธการทถกออกแบบมาเฉพาะสำหรบการสอสารวทยเทานน ซงมเปาหมายเพอใหมการใชทรพยากรทมอยใหนอยทสด ในขณะทยงคงคณภาพของสญญาณการสอสารทยอมรบไดตามมาตรฐานทออกแบบไว ๔.๒ คณภาพของการสอสาร หากพจารณาการสอสารวทยแบบแอนะลอก ตวชวดหรอวธการบอกถงคณภาพสญญาณไดโดยงาย คอความชดเจนของเสยงสนทนา ซงมความสมพนธ โดยตรงกบค าอตราส วนสญญาณตอสญญาณรบกวน (Signal to Noise Ratio: SNR) เมอการสอสารวทยมการพฒนาตอมา ความซบซอนของสวนประกอบในระบบกเพมขน เพอใหตวชวดสมพนธกบการคณภาพของการสอสารตามปจจยตางๆ ทตองการพจารณา จงมการกำหนดตววดคณภาพของการสอสารหรอ คณภาพของการบรการ (Quality of Service: QoS) เพมเตม ตวอยางเชน ก) คณภาพสญญาณทยอมรบได ซงโดยทวไปมลกษณะเชน เดยวกบอตราส วนสญญาณตอสญญาณรบกวน โดยอาจแตกตางกนไปตามนยามของปรมาณท ใช ช วด ตวอยาง เชน อตราสวนสญญาณตอสญญาณแทรกสอด (S igna l to Interference Ratio: SIR) อตราสวนสญญาณพาหกบสญญาณแทรกสอด (Carrier to Interference Ratio: CIR) อตราสวนพลงงานบตตอความหนาแนนสเปกตรมกำลงของสญญาณรบกวน (energy per bit to the spectral noise density: Eb/N0) ข) อตราการผดพลาดของขอมล เชน อตราการผดพลาดระดบบต (Bit Error Rate: BER) อตราการผดพลาดระดบบลอก (Block Error Rate: BLER) อตราการผดพลาดระดบเฟรม (Frame Error Rate: FER) ค) เวลาประวงหรอ เวลาหนวง (Delay) เปนเวลาทใชในการรอจนกระทงสามารถสงขอมลได ง) ความนาจะเปนของการถกปฏเสธของการเขาใชเครอขาย (Blocking Probability)

จ) ความนาจะเปนของการมระดบหรอคณภาพสญญาณตำกวาคาทยอมรบได (Outage Probability) ช) ความนาจะเปนของการขาดการตดตอหรอสายหลด (Call Dropping Probability) นอกเหนอจากตวชวดดงกลาวยงมตวชวดอนสำหรบการใชวดคณภาพการสอสาร ขนกบการออกแบบ และมาตรฐานการสอสารทระบบนนๆอางองถง ๔.๓ การจดการทรพยากรการสอสารวทยกบคณภาพของการสอสาร ทรพยากรทสำคญทตองมการจดสรรใหมการใชอยางมประสทธภาพคอ แถบความถ การจดสรรทรพยากรแถบความถใหเกดประสทธผลเมอมผใชในระบบหลายราย ทำไดโดยการนำเทคนคทางการสอสารในการเขาใชชองสญญาณมาใชงานตางๆ ดงน ก) การรวมใชชองสญญาณแบบแบงความถ วธการนจะแบงแถบความถเปนแถบความถยอยใหผใชแตละรายสามารถพบไดงายในระบบโทรศพทเคลอนทในยคท ๑ เชน ระบบโทรศพทเคลอนทแอมปส (Advanced Mobi le Phone Serv ice: AMPS) การจดสรรชองสญญาณจะพจารณาเพยงชองความถขนาด ๓๐ กโลเฮรตซ (kHz) สำหรบผใชบรการหนงคน ข) การรวมใชชองสญญาณแบบแบงเวลา ถกใชในระบบโทรศพทเคลอนทจเอสเอม (Global System for Mobile Communications: GSM) เปนระบบโทรศพท เคล อนท ในยคท ๒ ระบบโทรศพทเคลอนทจเอสเอมใชการแบงแถบความถออกเปนแถบความถ ยอย ขนาดเทากบ ๒๐๐ กโลเฮรตซ ตามวธของการรวมใชชองสญญาณแบบแบงความถ และในหนงชองความถนมการจดแบงชวงเวลาออกเปน ๘ ชองเวลา (Time Slot) ตามวธของการเขาใชชองสญญาณแบบแบงดวยเวลา ทำใหสามารถรองรบผใชได ๘ คน เสมอนกบวามชองสญญาณ ๘ ชองตอหนงชองความถ ค) การรวมใชชองสญญาณแบบเขารหสนำมาใช ในมาตรฐานไอเอส-95 ( IS-95) เปนระบบ


โทรศพทเคลอนท ในยคท ๒ ใชความกวางแถบความถเทากบ ๑.๒๕ เมกกะเฮรตซ (MHz) หรอระบบยเอมทเอส (Universal Mobile Telecom-munications System: UMTS) เปนระบบโทรศพทเคลอนทในยคท ๓ ใชความกวางแถบความถ ๕ เมกกะเฮรตซ สำหรบใหผใชทกรายใชรวมกน การรวมใชชองสญญาณแบบแบงความถและการรวมใชชองสญญาณแบบแบงเวลา โดยทวไปแลวกำลงงานของสญญาณจากผใชแตละรายจะไมสงผลตอคณภาพของสญญาณของผใชรายอน ลกษณะดงกลาวนเรยกวาไมสงผลกระทบถงกนหรอมความเปนอสระตอกน (Orthogonality) ในขณะทชองสญญาณของซดเอมเอมลกษณะเปนแบบสงผลกระทบถงกนคอไมเปนอสระตอกน (non-orthogonality) และสงผลตอความจของระบบทเปนแบบไมคงท ซงหมาย ความวา หากผใชแตละรายยอมรบกบคณภาพของสญญาณทลดลง ระบบกจะสามารถเพมจำนวนผใชบรการไดมากขน ดงนนการควบคมกำลงสงของผใชแตละรายในระบบซดเอมเอ จงเปนปจจยทสำคญ การเคลอนทของผใชบรการอาจจะสงผลตอการเปลยนแปลงพนทใหบรการซงเครอขายจะตองสามารถใหบรการสอสารไดอยางตอเนอง ลกษณะการสงตอบรการจากพนทใหบรการหนง ไปยงอกพนทใหบรการขางเคยงนเรยกวาแฮนดออฟ อยางไรกตามการแฮนดออฟ ไม เกดเพยงเฉพาะการเคลอนทขามเขตเทานน แตสามารถเกดมาจากสาเหตอนๆไดเชนกน การแฮนดออฟจะสงผลตอการจดสรรชองสญญาณหรอชองความถ กลาวคอเครอขายจำเปนตองมการเตรยมชองสญญาณไวใหพรอมสำหรบในพนทใหบรการเดม และพนทใหบรการใหม ทงนเพอใหการตดตอสอสารเปนไปไดอยางตอเนอง อยางไรกตามหากระบบมการสำรองชองสญญาณไวสำหรบการแฮนดออฟมากเกนไป อาจทำใหประสทธภาพของการใชชองสญญาณลดตำลง เนองจากชองสญญาณทสำรองสำหรบการแฮนดออฟอาจไมไดถกใชงาน ในขณะทหากระบบมการสำรองชองสญญาณไวนอยเกนไปอาจทำใหความนาจะเปนของเกดการขาดการเชอมตอเพมขน ในทางปฏบตการเกดการขาดการเชอมตอระหวางการ

สนทนานนทำใหเกดความรำคาญตอผใชบรการมากกวากรณทไมสามารถเรมตอวงจรได ในเขตพนทเมอง หรอพนททมการใชงานเครอขายอยางหนาแนน ผใหบรการเครอขายมกออก แบบใหมการซอนทบ (Overlap) ของสญญาณวทยมาก ดงนนโอกาสทความแรง (Strength) ของสญญาณวทยทรบมาไดจะมคาตำกวามาตรฐานจะเกดขนนอย ดงนนในหลายกรณทจำเปน ตองมการทำแฮนดออฟอาจมสาเหตมาจากปรมาณสญญาณแทรกสอดของระบบเปนหลก ซงทงนเปนการสรางความสมดลของปรมาณสญญาณแทรกสอดของแตละสถานฐาน และถอเปนสวนหนงการสรางสมดลของภาระ (Load Balancing) ในระบบตามเงอนไขของปรมาณสญญาณแทรกสอด (Interfer-ence-based) แสดงดงรปท ๔.๑

รปท ๔.๑ การบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทยกบการสรางดลของภาระ

ขอใหบรการ

คำนวณภาระ ของระบบ

ใหบรการ

ใหบรการใน พนทปจจบน

เลอกพนท

RRM

ใหบรการใน พนทใหม

ปฎเสธ การใหบรการ

ไมใช

ใช

ใช

ไมใช RRM

ใหบรการ


๕ ) พฒนาการด านการบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทย ๕.๑ ระบบสายอากาศ ปจจยดานกำลงของสญญาณนนมความสมพนธเกยวกบคณภาพของการบรการและความสามารถในการรองรบปรมาณการใชงานของเครอขาย หนงในปจจยทสงผลตอการแพรสญญาณและกำลงสงกคอระบบสาย อากาศ ซงมการพฒนาตงแตสายอากาศแบบรอบทศทาง (unid i rect ional antenna) จนกระทงเปนสายอากาศแบบมทศทาง (Directional antenna) การนำสายอากาศแบบมทศทางมาใชสำหรบในระบบโทรศพทเคลอนท ทำใหลกษณะของการแพรของคลนจากสถานฐานเปนแบบมทศทางเฉพาะพนทหรอเซกเตอร แมวาการแบงพนทออกเปนเซกเตอรจะมผลทำใหประสทธ ภาพของการใชชองสญญาณตำลง แตทำใหเกดผลดหลายประการ เชน การนำความถกลบมาใชใหม (Frequency Reuse) การเพมความจของเครอขาย การลดกำลงสงทำใหประหยดพลงงาน และการลดปญหาสญญาณแทรกสอด เปนตน การนำระบบสายอากาศอจฉรยะ (Smart Antenna) หรอสายอากาศทความสามารถปรบรปแบบการกระจายคลนได ซงการปรบนนสามารถ

ในลกษณะเดยวกนการทำแฮนดออฟเพอสรางสมดลของภาระ ของระบบบนเงอนไขของปรมาณปรมาณขอมล (throughput-based) กสามารถเกดขนไดเชนกน แสดงดงรปท ๔.๑ แตโดยสวนใญจะเกดขนทพนทซอนทบของเซกเตอรมากวาขอบรอบนอกของพนทบรการทซอนทบกน หากพจารณาลกษณะของการทำแฮนดออฟสองแบบหลกๆ คอ ฮารดแฮนดออฟและซอฟทแฮนดออฟ ซงในมมมองของการสรางดลของภาระแลว ฮารดแฮนดออฟจะเปนการถายโอนภาระทงหมดอยางสมบรณ ในขณะทการทำซอฟทแฮนดออฟนน ภาระตอระบบจะมการกระจายกนระหวางสถานฐานทกสถานทเกยวของกบทำ ซอฟทแฮนดออฟของผใชรายน การควบคมกำลงสงมความสำคญตอระบบซดเอมเอ เมอระบบมเครองสงหลายเครองทใชความถเดยวกนพรอมกน เครองรบจะไดรบสญญาณจากเครองสงเพยงเครองเดยวทมคาอตราสวนสญญาณตอสญญาณแทรกสอดสงสด ปรากฏการณในลกษณะนเรยกวาปรากฏการณระงบ (Capture Effect) ในลกษณะเดยวกนน เครองสงทอยใกลเครองรบกยอมทจะมคาอตราสวนสญญาณตอสญญาณแทรกสอดทเครองรบสง ทำใหสญญาณขอมลทสงมความแรงและไดเปรยบกวาเครองสงทอยไกลกวา เรยกลกษณะนวาปรากฏการณใกลไกล (near-far effect) ดงนนการควบคมกำลงสงจากเครองสงของอปกรณผใชบรการ ทมตำแหนงตางๆ เพอใหคาอตราสวนสญญาณตอสญญาณแทรกสอดทเครองรบของสถานฐานมคาเทาๆ กนจงเปนสงสำคญมาก โดยเฉพาะสำหรบระบบซดเอมเอ ซงผใชบรการทกรายใชความถเดยวกน ในเวลาเดยวกน ทงนกำลงงานจากผใชรายหนง จะถอเปนสญญาณแทรกสอดกบผใชรายอนๆ และเมอเครอขายมผใชบรการจำนวนมากสญญาณแทรกสอดกเพมมากขนตามไปดวย

บมท๑

สถานฐานทมสายอากาศแถวลำดบ

บมท๒

บมท๓ บมท๔ บมท๕

บมท๖

รปท ๕.๑ สถานฐานทใชระบบสายอากาศแบบปรบเลอกบม (Switched Beam)


ทำไดหลายวธ เชน การปรบแบบอตโนมต (Adaptive Beam) หรอการปรบแบบเลอกบม (Switched Beam) โดยแตละวธมขอดขอดอย และความซบซอนแตกตางกน ขอกำหนดสำหรบโทรศพทเคลอนทยคท ๓ [๓] ไดกลาวถงแนวทางการใชระบบสายอากาศอจฉรยะรวมไวในมาตรฐานระบบโทรศพทเคลอนทยเอมทเอส ดงรปท ๕.๑ แสดงสายอากาศอจฉรยะแบบปรบเลอกบม นอกจากระบบสายอากาศอจฉรยะแลว มเทคโนโลยเกยวของกบสายอากาศทเรยกวาระบบหลายสายอากาศ เข าหลายสายอากาศออก (Mult ip le Input Mult ip le Output: MIMO) เทคโนโลยนใชการประมวลผลในสองมต คอในปรภมกบเวลา (space-time processing) โดยปรภมหรอระยะหาง จะพจารณาจากจำนวนสายอากาศและความหางของแตละสายอากาศ ในขณะทเวลานนจะเกยวของการออกแบบการเขารหส (Coding) การพจารณาในสองมตพรอมๆกน ทำใหสามารถเพมความจของระบบและลดผลของชองสญญาณททำใหขอมลทส ง เกดความผดเพยน ตวอยางของระบบทใชเทคโนโลยหลายสายอากาศเขาหลายสายอากาศออก คอรางของขอกำหนดตามมาตรฐาน IEEE 802.11n [๔] รปท ๕.๒ ซงแสดงอปกรณจดเสนทางซงใชเทคโนโลยหลายสายอากาศเขาหลายสายอากาศออก ๕.๒ อตราการสงขอมลและการกลำสญญาณ ระบบการสอสารไรสาย ขอมลทสงผานเครอขายจะมความหลากหลาย หรอเรยกวาเปนแบบสอประสม (Multimedia) ซงจะสงผลโดยตรงตออตราการสงขอมลสำหรบผใชรายนน ดงนนระบบจำเปนตองควบคมใหคณภาพสญญาณของผใชอยในระดบทเหมาะสมตลอดเวลา ขอมลทปรมาณมากหรอมอตราการสงสงกมความจำเปนตองใชกำลงงานสงตามไปดวย ทำใหผใชทอยใกลสถานฐาน หรอจดใหบรการเครอขายสามารถสอสารดวยอตราการสงขอมลทสง ในขณะทผใชทอยหางสถานฐาน หรอจดใหบรการเครอขายสามารถสอสารดวยอตราการสงขอมลทตำลง การตดสนใจเหลานถอปจจยท การบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทยตองสามารถ

ควบคมและจดการอยางเหมาะสม รปท ๕.๓ แสดงพนททสามารถรองรบอตราการสงขอมลทตางกนตามระยะหางจากสถานฐาน การปรบอตราการส งขอมลน น ในบางมาตรฐานสงผลเกยวของกบการกลำสญญาณหรอการมอดเลตดวย ตวอยางเชน การสอสารไรสายตามมาตรฐาน IEEE 802.11g [๕] ใชการมอดเลตแบบบพเอสเค (Binary Phase Shift Keying: BPSK) หรอแบบควพเอสเค (Quadrature Phase Shift Keying: QPSK) หรอแบบ 16-QAM และแบบ 64-QAM สำหรบอตราการสงขอมลตงแต ๖ จนถง ๕๔ เมกะบตตอวนาท สำหรบโทรศพทเคลอนทยคท ๓ การเปลยนอตราการสงขอมลจะสงผลตอการเปลยนแปลงของความยาวรหสแผ (Spreading Code) ทใชงานดวย การจดสรรรหสแผน มลกษณะเชน เดยวกบการจดสรรชองสญญาณ ซงการจดสรรใหเหมาะ สมนน การบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทย จะตองคำนงถงปจจยหลายประการ เชน อตราการสงขอมลทผ ใชรองขอมา คณภาพสญญาณ กำลงสงของอปกรณ รหสแผทใชไปแลว รหสแผทยงเหลออย และระดบสญญาณแทรกสอด เปนตน การปรบอตราการสงขอมล นอกจากสงผลตอการมอดเลตแลวยงสงผลตอการปรบอตราการเขารหส (Code Rate) หร อว ธ การ เข า รหสช องสญญาณ (Channe l Coding) และการออกแบบใหตอบสนองการทผใชบรการตองการใชบรการหลายประเภทในเวลาเดยวกน (Service Multiplexing) [๖]

รปท ๕.๒ ตวอยางอปกรณจดเสนทางซงใชเทคโนโลยหลายสายอากาศเขาหลายสายอากาศออก


๕.๓ การสงขอมลแบบกลมหรอแพกเกต ระบบการสอสารไรสารนอกจากขอมลการสอสารทเปนเสยงพดแลว ยงประกอบดวยขอมลการสอสารแบบสอประสมทมลกษณะขอมลทหลากหลาย ซงนยมใชการสงขอมลแบบกลมหรอแพกเกต ดงนนวธการสลบสายหรอการเชอมตอคสายจะเปนแบบแพกเกตแทนทจะเปนการเชอมตอแบบวงจร เชนเดยวกบกรณของระบบโทรศพท การสงขอมลแบบกลมหรอแพกเกตนน ลกษณะขอมลทสงจะเปนชวงสนๆ หรอเบรสต ดงรปท ๕.๔ (ข) ซงจะสงผลตอการออกแบบวธการในระบบการบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทย ปจจยหนงทตองพจารณาสำหรบการสงขอมลแบบแพกเกตคอ ขอจำกดดานเวลาหนวง (Delay) ซงการเชอมตอแบบวงจร ถกออกแบบใหมผลตอบสนองตอเวลาหนวงไดดทสด หรอความหนวงนอยมาก ในขณะทการเชอมตอแบบแพกเกตนน เวลาหนวงจะถกกำหนดดวยการวดคาทางสถต หรอคาเฉลยของความหนวง (Average Delay) การสงขอมลภาพแบบตอเนอง (Streaming Video) นนตองการเวลาหนวงทนอย ในขณะทการใชบรการเวบอนเทอรเนตโดยทวไปจะยอมรบเวลาหนวงไดเพมขน [๖] จากสาเหตทเวลาหนวงสำหรบการเชอมตอแบบแพกเกตในบางกรณไมจำเปนตองเทากบศนย

รปท ๕.๓ ตวอยางพนทบรการและอตราการสงขอมลทตางกน

ดงนนทำให การบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทย มปจจยอสระดานเวลา สงผลใหระบบสามารถลดความนาจะเปนของการถกปฏเสธของการเขาใชเครอขาย โดยการเพมคาของเวลาหนวงใหกบการเขาใชบรการ ซงวธของการบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทยสำหรบขอมลแบบแพกเกตจงขนกบการนำหลกการของการเขาคว (Queue) และการจดกำหนดการ (Scheduling) ทงนขนกบเงอนไขบงคบ (Constraint) และเปาหมาย (Objective) ของการหาจดการทำงานทเหมาะสมทสด ตวอยางเชน การจดกำหนดการแบบยตธรรม (Fair Scheduling) หรอการจดกำหนดการแบบถวงนำหนก (Weighted

สรางวงจร เสยงพดหรอ สงขอมลตอเนอง

(ก) ขอมลแบบเวลาจรง (real-time data)

สรางวงจร

(ข) ขอมลแบบแพกเกต (packet data)

รปท ๕.๔ รปแบบการสงขอมล


Scheduling) หรอการจดกำหนดการแบบปรมาณข อม ล รวมส งส ด (max imum t h roughpu t scheduling) เปนตน การจดกำหนดการสามารถจดใหมการสงขอมลในความจของระบบทเหลออยไดตามรปท ๕.๕ วธการของระบบการบรหารจดการทรพยากรการสอสารวทยสำหรบขอมลแบบแพกเกตยง

๖) บรรณานกรม [๑] Jens Zander. Radio Resource Management in Future Wireless Networks: Requirements and Limitations. IEEE Communications Magazine, Vol. 35, No. 8, pp. 30-36, 1997 [๒] Ljupco Jorguseski, Erik Fledderus, John Farserotu and Ramjee Prasad. Radio Resource Allocation in Third-Generation Mobile Communication Systems. IEEE Communications Magazine, Vol. 39, pp. 117-123, 2001 [๓] 3GPP. Beamforming Enhancement. TR 25.887 v6.0.0, Technical Specification Group - Radio Access Network, 2004 [๔] Institute of Electrical and Electronics Engineers. Draft Standard P802.11n/D2.00, 2007 [๕] Institute of Electrical and Electronics Engineers. Standard for Information Technology- 802.11g, 2003 [๖] Harri Holma and Antti Toskala. WCDMA for UMTS. 3rd Ed. England: John Wiley and Sons, 2005

รปท ๕.๕ การจดกำหนดการ (Scheduling) กบความสามารถของระบบในการรองรบภาระทเหลออย

ภาระทรองรบไดตามแผน

ความสามารถของระบบในการรองรบภาระทเหลออย

ภาระ

เวลา ภาระของระบบทควบคมไมได

ครอบคลมถงการเขาใชชองสญญาณ โดยการกำหนดใหการเขาใชชองเปนแบบสม (Random Access) หรอแบบทมแบบแผน เชน ใชวธการจอง (Reser vation) เปนตน ซงในภาพรวมแลววธการอนๆนอกจากเหนอจากแบบสมสวนใหญจะถกออกแบบมาเพอลดปญหาการชนกนของแพกเกต (Packet Collision)


บทท xรหสมอรสเพอการสอสารMorse Codes

อคราวธ เทพวรชย และ กองบรรณาธการ

๑) อภธานศพท (Glossary) รหสมอรสอเมรกน (American Morse Code) รหสทมวธการแทนการเขยนตวอกษรดวยสญลกษณจดและขด ซงถกใชเปนรหสตนแบบในการสาธตการสงโทรเลขครงแรกของแซมมวล ฟนล บรซ มอรส (Samuel Finley Breese Morse) ณ กรงนวยอรก ประเทศสหรฐอเมรกา ในป ค.ศ. 1837 (พ.ศ. ๒๓๘๐) รหสมอรสนานาชาต (Modern Morse code) รหสซงเปนมาตรฐานสากลทมวธการแทนการเขยนตวอกษรดวยสญลกษณจดและขดซงถกพฒนามาจากรหสมอรสอเมรกนดวยการเปลยนแปลงรปแบบรหสในบางตวอกษรของภาษาองกฤษ และเพมจำนวนเครองหมายวรรคตอน คดคนโดย ฟรซดรช คลเมนส เจอรเก (Friedrich Clemens Gerke) ในปค.ศ. 1848 (พ.ศ. ๒๓๙๑) รหสมอรสแบบดงเดม (Original Morse code) รหสมอรสทเปนอกชอเรยกหนงของรหสมอรสอเมรกน ซงถกใชงานเปนครงแรกสำหรบใชในการสงโทรเลข วทยสมครเลน (Armature Radio) การตดตอสอสารกนดวยวทยซงมกนำมาใชในงานอดเรกและงานบรการดานตาง ๆ เชน ดาน

บรรเทาทกขสาธารณภย เพอประโยชนทางการศกษา การใหความชวยเหลอและการแลกเปลยนความคดเหนกน เปนตน การสงขอความของโทรศพทเคลอนท (Short Message Service : SMS) การสงขอความทใชโทรศพทเคลอนทในการสงโดยการพมพขอความ และสงไปยงโทรศพทเคลอนทเครองอนๆ สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ (International Telecommunication Union : ITU) สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ เปนองคกรพเศษของสหประชาชาตซงกอตง ณ กรงปารสในป พ.ศ.๒๔๐๘ มหนาทควบคมดแลการปรบปร งและการใชประโยชนทางดานกจการโทรคมนาคมระหวางประเทศสมาชกทงหมด คณะกรรมการกลางกำกบดแลกจการสอสาร (Federal Communication Commis sion: FCC) คณะกรรมการกลางกำกบดแลกจการสอสารซงเปนองคกรอสระของรฐบาลประเทศสหรฐอเมรกา กอตงขนในป พ.ศ. ๒๔๗๗ มหนาทควบคมการสอสารผานทางวทย โทรทศน อนเทอรเนตและดาวเทยม ภายในประเทศสหรฐอเมรกาทงหมด


๒) บทคดยอ รหสมอรสมการคดคนขนในป พ.ศ. ๒๓๘๐ โดย แซมมวล ฟนล บรซ มอรส เพอใชในการสอสารระยะไกลดวยวธการสงสญลกษณในรปของสญญาณสนกบยาวเพอใชแทนขอความหรอตวอกษรโดยเฉพาะระบบโทรเลข และกำหนดใหเปนมาตรฐานระดบนานาชาตภายใตชอรหสมอรสสากล โดยสหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ ตอมาในสมยพระบาทสมเดจพระจลจอมเกลาเจาอยหว รชกาลท ๕ ไดนำระบบโทรเลขรหสมอรสเขามาใชซงถอเปนจดเรมตนของรหสมอรสในประเทศไทย โดยระยะเรมแรกของรหสมอรสเปนตวอกษรโรมนทำใหการสอสารลาชาและเกดความผดพลาดไดเมอตองการสงขอความภาษาไทย กระทงมการคดคนรหสมอรสภาษาไทยขนและประกาศใชอยางเปนทางการในวนท ๑ พฤศจกายน พ.ศ. ๒๔๕๕ Abstract Morse code was invented by Samuel Finley Breese Morse in 1837 in order to represent the messages for long distance communications especially for the telegraph by using patterns of short (dots) and long (dashes) signal. Morse code became the International standard and was adopted by International Telecommunication Union (ITU) called the International Morse code. In Thailand, morse telegraph was brought in to service for long distance communication since the period of the King Rama V. However, the original Morse code was based on English alphabet which was not quite suitable for sending Thai message. Finally, Thai Morse code was then founded on November 1st of 1912.

๓) บทนำ การตดตอสอสารกนของมนษยเรมตนจากภาษาพดและภาษาเขยน ซงมขอจำกดในเรองระยะทางของการสอสารจงไดมการคดคนเทคนคสำหรบสอความหมายแทนในรปแบบของรหส โดยการแทนตวอกษรดวยสญลกษณหรอสญญาณเพอใหสามารถจดเกบและสงผานไปไดระยะทไกลขนซงมววฒนา การเปลยนไปตามยคสมย เชน จากการสงสญญาณไฟจากคบเพลงและการสงสญญาณเสยง ตอมาพฒนาเปนการจดบนทกและใชการนำสงดวยวธตางๆ จนกระทงครสตศตวรรษท ๑๙ การสอสารดวยสอทางไฟฟาจงเกดขน [๑] มการคดคนรหสมอรสขนโดยเปนวธการสงขอความในรปของสญญาณสนกบยาวเพอใชในการสอสารระยะไกลโดยเฉพาะระบบโทรเลขสำหรบการสอสารไกลของยคเรมแรกททำการดวยเครองมอหรออปกรณสอสารแทนสอจากธรรมชาต (ไฟคบเพลงหรอเสยง) หลกการการสอสารทางไกลยคแรกของโลกดวยการแทนตวอกษรหรอขอความดวยสญลกษณจดกบขดน ตอ

มาไดกลายเปนรหสมาตรฐานของโลกในการสอสารดวยสญลกษณ ๔) ความเปนมาของรหสมอรส รหสมอรสถกคดคนขนพอใชสำหรบการสอสารระยะไกลโดย แซมมวล ฟนล บรซ มอรส (Samuel Finley Breese Morse) [๑] ซงเปนวธการสงขอความในรปของสญญาณสนกบยาวและไดใชกบการสอสารระบบโทรเลข เนองจากระบบโทรเลขเรมตนไมสามารถสงเปนตวอกษรไดจงใชรหสมอรสแทนตวอกษรโดยแทนดวยสญลกษณขดและจด ซงทำใหสงโทรเลขมอรสไดสำเรจในป พ.ศ. ๒๓๘๐ (ค.ศ. 1837) ตอมามการสาธตการสงโทรเลขระยะทาง ๕๕๐ เมตรในวนท ๔ กนยายน ค.ศ. 1837 (พ.ศ. ๒๓๘๐) และสาธตอยางเปนทางการเมอวนท ๒๔ พฤษภาคม พ.ศ. ๒๓๘๗ (ค.ศ. 1844) โดยสงระหวางกรงวอชงตนกบบลตมอรประเทศสหรฐ อเมรกาซงเปนระยะทาง ๓๘ ไมล [๑]


ตอมาป ค.ศ. 1848 (พ.ศ. ๒๓๙๑) ฟรซดรช คลเมนส เจอรเก (Friedrich Clemens Gerke) ไดพฒนารหสมอรสแบบดงเดม (original Morse code) เปนรหสมอรสนานาชาตสมยใหมสำหรบสงโทรเลขระหวางเมองฮมบรก (Hamburg) และเมองคซอาเวน (Cuxhaven) ประเทศเยอรมน [๑] ซงไดกลายเปนมาตรฐานของการสอสารทางไฟฟาทงในทวปอเมรกาและยโรป เนองจากความสะดวกและการทำงานบนสายทมคณภาพตำได ถดมาป ค.ศ. 1851 (พ.ศ. ๒๓๙๔) ประเทศแถบยโรปไดนำรหสมอรสสากลมาใชซงพฒนาจากรหสมอรสแบบดงเดมโดยการเปลยนสญลกษณของตวอกษรบางตวทเกดความผดพลาดในการสงผานสายเคเบลใตนำและไดกลายเปนมาตรฐานของโทรเลขทงหมด ยกเวนในทวปอเมรกาเหนอทยงใชรหสมอรสดงเดม [๑] และดวยขอจำกดของพนกงานโทรเลขทตองมความชำนาญเก ยวกบรหสมอรสจ ง ไดม การพฒนาเทคโนโลยของระบบโทรพมพอตโนมตขนในป พ.ศ. ๒๔๖๓ (ค.ศ. ๑๙๒๐) ซงมความนาเชอถอมากพอทจะมาแทนพนกงานโทรเลขได ๔.๑ ววฒนาการรหสมอรสของประเทศไทย รหสมอรสเกดขนในประเทศไทยครงแรกพรอมกบระบบโทรเลขของชวงสมยรชกาลท ๕ ป พ.ศ. ๒๔๑๘ [๒] โดยระยะเรมแรกรหสมอรสทใชในการสงโทรเลขเปนตวอกษรโรมน ขอความทสงจงเปนภาษาองกฤษเทานน ถาตองการสงขอความภาษาไทยตองแปลขอความเปนภาษาองกฤษกอน ทำใหการสอสารเกดความลาชาและเกดความเขาใจผดได ตอมาระบบโทรเลขมความจำเปนตองใชภาษาไทยเพอการสอสารภายในประเทศทงในสวนของราชการทางทหาร กรมรถไฟและกรมไปรษณย (ในสมยนน) ทำใหมการคดคนรหสมอรสภาษาไทยขนและประกาศใชอยางเปนทางการในวนท ๑ พฤศจกายน พ.ศ. ๒๔๕๕ [๒]

๕) รปแบบและวธการของรหสมอรส รหสมอรสเปนวธการสอสารทมรปแบบในการสงขอความดวยสญญาณสนกบยาวและมการนำมาใชกบระบบโทรเลขทเปนการสงขอความดวยไฟฟาซงแทนตวอกษรดวยสญลกษณจด (dots) กบขด (dashes) โดยอาศยหลกการ เมอเปดวงจรในขณะทมกระแสไฟฟาไหลจะเกดประกายไฟขน ชวงเวลาระหวางการเกดประกายไฟฟาใชเปนสญลกษณจดกบขด [๓] นอกจากนมวธรบสงสญญาณทพฒนาจากการรบขอมลแถบรหสสนยาวมาเปนการฟงเสยงโดยตรงจากเครองรบ (เสยงสนยาวแทน) ดวยเพอปรบปรงการรบสงโทรเลขใหรวดเรวขนและประหยดคาใชจาย ๕.๑ รหสมอรสแบบดงเดมและรหสมอรสแบบสากล รหสมอรสแบบดงเดมเปนรหสทถกใชครงแรกในการสอสารระบบโทรเลขโดยการแทนตวอกษรดวยสญลกษณจดกบขด ซงกำหนดใหจดมความยาวเปน ๑ หนวยความยาวและขดมความยาวเปน ๓ หนวยความยาว [๑] โดยมวธการดงน ก) ระยะหางระหวางจดกบจด หรอจดกบขด หรอขดกบขดมความยาวเทากบ ๑ จด ข) ระยะหางระหวางตวอกษรมความยาวเทากบ ๓ จด หรอ ๑ ขด ค) ระยะหางระหวางคำ ๒ คำ มความยาวเทากบ ๗ จด ตอมามการพฒนารหสมอรสแบบดงเดมโดยการเปลยนแปลงสญลกษณของตวอกษรบางตวเพอใหมความเขาใจและการใชงานไดงาย จนกลายเปนรหสชนดใหมทเรยกวา รหสมอรสแบบสากล โดยมหลกการเชนเดยวกบรหสมอรสแบบดงเดมดงตารางท ๕.๑ ถง ๕.๓ [๑]


ตารางท ๕.๑ ตวอกษรภาษาองกฤษกบรหสมอรส

ตวอกษร รหสมอรส รหสมอรส แบบดงเดม แบบสากล

A . _

B _ . . .

C . . . _ . _ .

D _ . .

E .

F . _ . . . _ .

G _ _ .

H . . . .

I . .

J _ . _ . . _ _ _

K _ . _

L ____ . _ . .

M _ _

N _ .

O . . _ _ _

P . . . . . _ _ .

Q . . _ . _ _ . _

R . . . . _ .

S . . .

T _

U . . _

V . . . _

W . _ _

X . _ . . _ . . _

Y . . . . _ . _ _

Z . . . . _ _ . .

ตารางท ๕.๒ ตวเลขกบรหสมอรส

ตวเลข รหสมอรส รหสมอรส แบบดงเดม แบบสากล

1 . _ _ . . _ _ _ _

2 . . _ . . . . _ _ _

3 . . . _ . . . . _ _

4 . . . . _ . . . . _

5 _ _ _ . . . . .

6 . . . . . . _ . . . .

7 _ _ . . _ _ . . .

8 _ . . . . _ _ _ . .

9 _ . . _ _ _ _ _ .

0 ______ _ _ _ _ _

ตารางท ๕.๓ เครองหมายวรรคตอนและรหสมอรส

สญลกษณ รหสมอรส รหสมอรส แบบดงเดม แบบสากล

มหพภาค [ . ] . . _ . . . _ . _ . _

จลภาค [ , ] . _ . _ _ _ . . _ _

ปรศน [ ? ] _ . . _ . . . _ _ . .

Apostrophe [ ‘ ] . _ _ _ _ . . _ _ _ _ .

อศเจรย [ ! ] _ _ _ . _ . _ . _ _

ทบ [ / ] _ . . _ .

วงเลบ [ ( ) ] _ . _ _ . _

วงเลบเปด [ ( ] _ . _ _ .

วงเลบปด [ ) ] _ . _ _ . _

และ [ & ] . . . .

ทวภาค [ : ] _ _ _ . . .

อฒภาค [ ; ] _ . _ . _ .

เสมอภาค [ = ] _ . . . _

บวก [ + ] . _ . _ .

ยตภงค [ - ] _ . . . . _

สญประกาศ [ _ ] . . _ _ . _

อญประกาศ [ “ ” ] . _ . . _ .

Dollar Sign [ $ ] . . . _ . . _

At sign [ @ ] . _ _ . _ .


๕.๒ รหสมอรสภาษาไทย รหสมอรสภาษาไทยมหลกการแทนตวอกษรดวยสญลกษณเชนเดยวกบรหสมอรสดงเดมซงประกอบดวยตวอกษร สระ วรรณยกตและสญลกษณโดยมมาตรฐานและตวอยางดงตารางท ๕.๔ ถง ๕.๗ [๒] สวนตวเลขไทยมรปแบบเหมอนกบรหสมอรสแบบสากล

ก _ _ . ข _ . _ . ค ฆ _ . _ ง _ . _ _ . จ _ . . _ . ฉ _ _ _ _ ช ฌ _ . . _ ซ _ _ . . ญ . _ _ _ ฎ ด _ . . ฏ ต _ ฐ ถ _ . _ . . ฑ ฒ ท ธ _ . . _ _ ณ น _ . บ _ . . . ป . _ _ . ผ _ _ . _ ฝ _ . _ . _ พ ภ . _ _ . . ฟ . . _ . ม _ _ ย _ . _ _ ร . _ . ล ฬ . _ . . ว . _ _ ศ ษ ส . . . ห . . . . อ _ . . . _ ฮ _ _ . _ _ ฤ . _ . _ _

ตวอกษร รหสมอรส

อกษรสระ รหสมอรส

อะ ( ะ ) . _ . . . อา ( า ) . _ อ ( ) . . _ . . อ ( ) . . อ ( ) . . _ _ . ออ ( ) . . _ _ อ ( ) . . _ . _ อ ( ) _ _ _ . เอ ( เ ) . แอ ( แ ) . _ . _ โอ ( โ ) _ _ _ ไอ ( ไ ) ใอ ( ใ ) . _ . . _ อำ ( ำ ) . . . _ . ออ ( อ ) _ . . . _

สญลกษณเครองหมาย รหสมอรส

ไมเอก [ ] . . _ ไมโท [ ] . . . _ ไมตร [ ] _ _ . . . ไมจตวา [ ] . _ . _ . ไมหนอากาศ [ ] . _ _ . _ ไมไตค [ ] _ _ _ . . การนต [ ] _ _ . . _ ไมทง [ ] . _ _ _ . ไปยาลนอย [ ฯ ] _ _ . _ . ไปยาลใหญ [ ฯลฯ ] _ _ _ . _ ไมยมก [ ๆ ] _ _ _ . _

ขอความ รหสมอรส

ผมรกคณ _ _ . _ _ _ / . _ . . _ _ . _ _ _ . / _ . _ . . _ . _ _ . I love you . . / . _ . . _ _ _ . . . _ . / _ . _ _ _ _ _ . . _

ตารางท ๕.๖ วรรณยกตและสญลกษณไทยกบรหสมอรส

ตารางท ๕.๔ ตวอกษรภาษาไทยกบรหสมอรส

ตารางท ๕.๕ สระไทยกบรหสมอรส

ตารางท ๕.๗ ตวอยางการสงขอความดวยรหสมอรส


๖) การนำไปใชงาน รหสมอรสไดถกนำไปใชงานอยางแพรหลายเพอการแทนคาและจดเกบ รวมทงสอสารโดยนำสงขาวสารนนออกไปยงผรบซงมตวอยางดงน ๖.๑ การสอสารดานโทรเลข การสงโทรเลขเกดจากการนำรหสมอรสมาใชทงแบบทสงสญญาณตามสายและแบบทสงสญญาณเปนคลนวทยโดยเฉพาะบรการโทรเลขเชงพาณชย ในระยะเรมแรกใชหลกการรหสสญญาณสนกบยาวแทนตวอกษรทำใหตองมพนกงานโทรเลขททองจำรหสมอรสไดเปนอยางด ตอมาเปลยนเปนหลกการของสญลกษณจดและขดทสามารถใชเครองมอสงและรบไดอตโนมตทำใหการสอสารมประสทธภาพมากขน [๑] ๖.๒ วทยสมครเลนกบรหสมอรส การสอสารของวทยสมครเลน (Armature Radio) ทใชรหสมอรสเรยกวา “Ham Radio” โดยมคณะกรรมการกลางกำกบดแลกจการสอสาร (Federal Communication Commission : FCC) ควบคมดแล และมการนำไปใชงานในหลายดาน เชน การตดตอสอสารกนเพอสรางมตรภาพ การชวยเหลอผทประสบภยพบต การชวยใหนกวทยสมครเลนตางชาตสามารถสอสารกนไดงายขนดวยภาษากลางคอรหสมอรส เปนตน โดยใชหลกการของรหสมอรสในการสงสญญาณเสยงจากโทนเสยงทมอยในเครองรบสงวทยหรอวงจรกำเนดเสยงซงใชจงหวะเสยงสนแทนจดและเสยงยาวแทนขด ทำใหนกวทยสมครเลนตองชำนาญในการฟงรหสมอรสเพอตความออกมาเปนขอความตอไป

๖.๓ รหสมอรสเสมอนกบโทรศพทเคลอนท โทรศพทเคลอนทไดนำหลกการเชงสญลกษณคลายกบรหสมอรสมาใชในการสงขอความสน (Short Message Service : SMS) และฟงกชนการทำงานอนๆ ดวยการกดแปนพมพรวมทงการกำเนดสญญาณเสยงและจากการสนของเครองกสามารถนำมาใชแทนความหมายของขอความได เชน การใชแปนพมพทมจำนวนจำกดถงสญลกษณทมจำนวนมากกวาจงใชการกดแปนพมพทแตกตางกนของจำนวนครงและระยะเวลาแทนสญลกษณตางๆ ไดเชนเดยวกบขดสนยาวของรหสมอรส เชน การกดปมเพอสรางตวอกษร “ร” รวมทงการสนของเครองเมอมสญญาณเรยกเขา วตถประสงคตางๆ อาจแทนไดดวยระยะเวลาสนยาวของการสน เปนตน ๖.๔ การสอสารทางทะเล หลกการเชงสญลกษณคลายกบรหสมอรสไดถกนำไปใชงานในการสอสารทางทะเลเพอตดตอสอสารกนระหวางเรอ เชน ในเวลากลางวนใชสญญาณธงและสญญาณเสยง ดงตวอยาง การสงขอความ “ขอความชวยเหลอ” หรอ “SOS” ซงประกอบดวยสญญาณเสยงสนสามครง สญญาณเสยงยาวสามครงและตามดวยสญญาณเสยงสนสามครง เปนตน สวนเวลากลางคนอาจใชการสงสญญาณไฟทสามารถสงเกตเหนไดในระยะไกลซงการสงสญญาณสนจะใชการเปดแผงกนโคมไฟแคเสยวนาทและการสงสญญาณยาวจะเปดใหนานขนหรออาจมการใชงานผสมกบสอแบบฟงแบบใชเสยงและแสงกได [๓]


๗) จดหมายเหต ตาราง ๗.๑ แสดงลำดบเหตการณสำคญทเกยวของกบรหสมอรส

ป พ.ศ.

ลำดบเหตการณสำคญ (ค.ศ.)

๒๓๗๘ แซมมวล ฟนล บรซ มอรส (Samuel Finley Breese Morse) ประดษฐเครองรบ- (1835) สงโทรเลขไดสำเรจ ๒๓๘๐ แซมมวล ฟนล บรซ มอรส สาธตการสงโทรเลขดวยรหสมอรสเปนครงแรก โดยม (1837) ระยะทางในการสง ๕๕๐ เมตร ณ หองประชมของมหาวทยาลยนวยอรก ๒๓๘๓ แซมมวล ฟนล บรซ มอรส จดสทธบตรชอ “Telegraph Signs” (1840) ๒๓๘๗ แซมมวล ฟนล บรซ มอรส สาธตการสงโทรเลขอยางเปนทางการระหวางกรง (1844) วอชงตนกบบลตมอรซงมระยะ ๓๘ ไมล ๒๓๙๑ ฟรซดรช คลเมนส เจอรเก (Friedrich Clemens Gerke) ประดษฐรหส (1848) มอรสนานาชาตสมยใหมจากรหสมอรสแบบดงเดม ๒๔๑๑ รหสมอรสกลายเปนมาตรฐานของการสอสารระยะไกลดวยวธการสงสญลกษณ (1868) ระดบนานาชาตภายใตชอ รหสมอรสสากล โดยสหภาพโทรคมนาคมระหวาง ประเทศ (ITU) ๒๔๑๘ รหสมอรสเกดขนในประเทศไทยครงแรกพรอมกบระบบโทรเลขของชวงสมย (1875) รชกาลท ๕

ตารางท ๗.๑ การนำเสนอลำดบเหตการณสำคญ

๒๔๔๙ รหสมอรส “SOS” ไดรบเลอกใหเปนรหสสากลสำหรบการขอความชวยเหลอ (1906)

๒๔๕๕ รหสมอรสภาษาไทยเกดขนและประกาศใชอยางเปนทางการในวนท ๑ พฤศจกายน (1912) ๒๕๔๒ รหสมอรสถกยกเลกและแทนทโดยระบบขอความชวยเหลอและปองกนภยทาง (1999) ทะเลทวโลก (Global Maritime Distress Safety System) ในการใชเปน มาตรฐานนานาชาตสำหรบการสอสารทางทะเล ๒๕๔๖ สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ มขอกำหนดใหนกวทยสมครเลนตองมความ (2003) สามารถในการอานรหสมอรสเพอขอใบอนญาต


๙) บรรณานกรม [๑] Anton A. Huurdeman. The Worldwide History of Telecommunications. John Wiley & Sonc,Inc., 2003 [๒] การสอสารแหงประเทศไทย, ๑๐๐ ป การโทรคมนาคมไทย พ.ศ.๒๔๒๖ – ๒๕๒๖. ประยรวงศ, ๒๕๒๖ [๓] IEEE และสมาคมสถาบนวศวกรไฟฟาและอเลกทรอนกสแหงประเทศไทย. ทองไปในพพธภณฑไฟฟา. กรงเทพ : ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย, ๒๕๔๙.


๑) อภธานศพท การกลำสญญาณ (Modulation) กระบวนการกำเนดสญญาณสำหรบสงผานตวกลางหรอชองสญญาณตาง ๆ ในระบบสอสารโดยเปนการเปลยนแปลงคาลกษณะเฉพาะบางประการ เชน แอมพลจดหรอขนาด เฟสและความถอยางใดอยางหนงหรอมากกวาของสญญาณพาหใหสอดคลองกบขาวสารเพอนำสญญาณทไดสงผานชองสญญาณทจะมความเหมาะสมกนกบสญญาณกลำน สำหรบภาครบสามารถนำขาวสารกลบคน มาไดโดยใชกระบวนการแยกสญญาณ (Demo-dulation) สญญาณทไดจากการกลำสญญาณมสมบตเหมาะสมตอการสงผานตวกลางมากกวาการสงขาวสารโดยตรง การแยกสญญาณ (Demodulation) กระบวนการกำเนดขาวสารจากสญญาณทไดผานกระบวนการกลำสญญาณมาแลว มการนำองคประกอบของสญญาณมาใชเพอกำเนดขาวสารตามรปแบบการกลำสญญาณทเลอกใชงาน ขาวสาร (Message) สารสนเทศหรอขอมลทผสงตองการสงไปยงผรบ เชน เสยง ภาพ ขอความ ไฟลคอมพวเตอร เปนตน โดยอาจอยในรปของสญญาณแอนะลอกทสญญาณมความตอเนอง (Continuous) เชน

บทท ...

กลำสญญาณพนฐานเพอการสอสาร Principle of Modulation for Communications

ดสพล ฉำเฉยวกล ปรมนทร แสงวงษงาม และกองบรรณาธการ

สญญาณเสยงจากไมโครโฟนและจากเครองอานเทปแมเหลก หรอในรปของสญญาณดจทลซงนำกลมหรอขบวนของสญญาณทไมตอเนอง (Discrete) ทมคาจำกดอยในกลมหนงๆ มาใชเพอแทนคาของขาวสารนน ๆ เชน ขอมลซงบนทกอยในหนวยความจำของเครองคอมพวเตอร เปนตน สญญาณพาห (Carrier Signal) สญญาณทางไฟฟา ทางแสง หรอทางกลซงมสมบตคงทและนำมาใชในการกลำรวมกบขาวสารโดยใชกระบวนการกลำสญญาณเพอกำเนดสญญาณสำหรบพาขาวสารจากตนทางไปสปลายทางผานตวกลางตางๆ เชน อากาศ สายโคแอค และสายโทรศพท เปนตน ความถของสญญาณพาหเรยกวา ความถพาห (Carrier frequency) มกนำสญญาณลกคลนไซน (Sinusoidal wave) มาใชเปนสญญาณพาห สเปกตรม (Spectrum) แถบหรอยานความถของสญญาณทพจารณาอยวา ประกอบขนจากความถ ใดบางและ/หรอมพลงงาน (Energy) หรอกำลง (Power) เทาใด เชน สเปกตรมของแสงขาวประกอบดวยยานความถหรอยานความยาวคลนของแสงสแดงไปจนถงแสงสมวง เปนตน


๒) บทคดยอ ระบบสอสารเปนระบบการสงและรบขาวสารระหวางผสงและผรบ ผานตวกลางหรอเรยกวา ชองสญญาณใดๆ เชน การสงเสยงผานสายโทรศพท การกระจายสญญาณโทรทศนผานอากาศ การสงขอมลดจทลผานเสนใยนำแสง เปนตน ขาวสารประกอบดวยองคประกอบยอยทมความถแตกตางกนรวมตวเขาดวยกนเรยกวา แถบสเปกตรมของขาวสาร ลกษณะภายในของชองสญญาณจะมผลรบกวนตอองคประกอบความถทผานเขามามากนอยแตกตางกน ดงนนเทคโนโลยการกลำสญญาณจงไดรบการพฒนาขนสำหรบการจดวางและจดรปแบบแถบสเปกตรมของขาวสารดงกลาวใหอยในชวงทชองสญญาณจะสงผลรบกวนไดนอย การกลำสญญาณจงเปนกระบวนการกำเนดสญญาณผลลพธทมความเหมาะสมในการสงผานชองสญญาณมากกวาโดยการใชสญญาณพาห ขาวสารทตองการสงจะกลำสญญาณพาหดวยวธการเปลยนแปลงคาลกษณะเฉพาะบางประการของสญญาณพาห ไดแก แอมพลจด ความถ และเฟส อยางใดอยางหนงหรอมากกวาหนง ใหสอดคลองกบขาวสาร ภาครบจะนำสญญาณทไดรบมาถอดเอาขาวสารกลบโดยผานกระบวนการแยกสญญาณ Abstract Modulation is a technique for transmitting a message over a specific signal called carrier wave. A signal waveform of the message called the modulating or baseband signal is encoded into one or more of the characteristics of the carrier signal to produce a modulated signal, whose spectrum are matched to the characteristics of a medium over which it is to be transmitted. The process of modulation guarantees that the modulated signal has a recognizable pattern of variations in the characteristics which the original baseband signal can be recovered from the modulated signal detected at the receiver by the process called demodulation. Generally, its advantages are making of bandwidth utilization and increase performance of the communication systems.

๓) บทนำ ระบบสอสาร (Communication systems) เปนระบบสำหรบสงขาวสาร (Message) จากภาคสงไปสภาครบผานตวกลาง (Media) หรอเรยกวา ชองสญญาณ (Channel) โดยใชสญญาณไฟฟา (Electrical waveform) แสง (Light) หรอสญญาณทางกลเปนสงแทนขาวสารดงกลาวอนๆ สญญาณซงถกสงผานตวกลางสามารถเปนไดทงสญญาณทมการเปลยนแปลงแอมพลจด (Amplitude) หรอขนาดในลกษณะตอเนองหรอทเรยกวาสญญาณแอนะลอก (Analog signal) เชน สญญาณเสยงจากไมโครโฟน (Microphone) หรอสญญาณจากเครองอานเทปแมเหลก เปนตน หรอมการสงขาวสารโดยใชชดของรปแบบสญญาณจำนวนจำกดหรอทเรยกวาสญญาณดจทล (Digital signal) เชน ขอความหรอรปภาพซงถก

สงผานเครอขายโทรศพทเคลอนทระบบจเอสเอมและซดเอมเอ และการจดเกบไฟลลงในอปกรณบนทกขอมลของเครองคอมพวเตอร เปนตน ขาวสารดงกลาวนจงเปนไดทงเสยง ภาพ วดโอ ไฟลเอกสาร และอนๆอกมากมายซงอย ในรปแบบสญญาณแบบใดแบบหนง ดงนนขาวสารทแตกตางกนจงมลกษณะเฉพาะทแตกตางกนดวย ลกษณะเฉพาะอยางหนงทสำคญในดานวศวกรรมสอสารคอ สเปกตรมของขาวสาร ตวอยางเชน สญญาณเสยงมนษยมสเปกตรมในชวงประมาณ ๘๐ เฮรตซ (Hz) – ๕ กโลเฮรตซ (kHz) สญญาณเสยงดนตรมสเปกตรมแทบทงชวงทหมนษยสามารถไดยนคอ ๒๐ เฮรตซ – ๒๐ กโลเฮรตซเปนตน ตวกลางหรอชองสญญาณสำหรบการสงขาว


สารมหลายประเภท เชน การสงสญญาณผานทางสายสง (Transmission lines) รปแบบตางๆ การแพรสญญาณทางอากาศ เปนตน ตวอยางของการสงสญญาณทางสาย ไดแก การสงขาวสารดวยรหสมอรส (Morse Codes) ในระบบโทรเลข (Telegraphy) การสงสญญาณเสยงผานระบบโทรศพท (Telephony) การสงขอมลดจทลผานเครอขายแลน (Local Area Network) เปนตน ตวอยางของการสอสารผานอากาศไดแก การสอสารขอมลดวยแสงอนฟราเรดหรอเทคโนโลยบลทท ระบบโทรศพทเคลอนท ระบบวทย/โทรทศนกระจายเสยง และการสอสารผานดาวเทยม เปนตน ดวยเหตทตวกลางสำหรบระบบสอสารมหลายรปแบบ และแตละประเภทกมลกษณะเฉพาะทางความถแตกตางกน ดงนนกรณทเลอกใชตวกลางหนงๆ แลว การสงสญญาณในชวงความถท ไมเหมาะสมยอมสงผลใหเกดการลดทอนขนมากเกนไปจนขาวสารผดเพยนไปหรอไมสามารถสงขาวสารไปในระยะทางทตองการได รปท ๓.๑ แสดงคาการลดทอนของเสนใยนำแสงแบบซลกาสำหรบการสอสารเชงแสง (Optical communications) ซงพบวา ความยาวคลน (แปรผกผนกบความถ) ทมคาลดทอนตำทสด คอ ๑,๕๕๐ นาโนเมตรมความเหมาะสมในการใชสงขาวสารมาก กรณน หากสงขาวสาร

ผานชวงความถของชองสญญาณในแถบทมการลดทอนสงมาก ยอมทำใหการสอสารขอมลลมเหลวได นอกจากนน การสงสญญาณโดยมชวงความถทไมเหมาะสมอาจเกดความยงยากในการออกแบบและใชงานอปกรณในระบบสอสารได เชน สำหรบระบบสอสารไรสาย ขนาดของสายอากาศ (Antenna) ทใชสงหรอรบสญญาณมความสมพนธในลกษณะแปรผกผนกบคาความถทใชงาน โดยทวไปสเปกตรมของขาวสารทสอสารกนนนมกอยในชวงความถตำ อาท สญญาณเสยงมนษย เปนตน ดงนนการสงสญญาณเสยงมนษยผานระบบสอสารไรสายโดยตรงจะทำใหภาคสงและภาครบจำเปนตองใชสายอากาศทมขนาดใหญมากคอ ความยาวสายอากาศอย ในหลกก โลเมตรซ งใหญ เกนกวาจะสามารถสรางเปนอปกรณเพอนำไปใชงานจรงได ดวยเหตทสเปกตรมของขาวสารมรปแบบหนงๆ เฉพาะเจาะจงไปตามประเภทขาวสาร และชองสญญาณทใชงานเองกมลกษณะเฉพาะทางความถแบบหนงซงชวงความถทเหมาะสมในการสงอาจอย คนละช ว งก บส เปกตร มของข า วสาร เทคโนโลยการ กลำสญญาณ (Modulation) [๑] สำหรบการสอสารจงไดรบการคดคนและพฒนาขนเพอตอบสนองตอความตองการดงกลาว ความหมายโดยสงเขปของการกลำสญญาณคอ การใชงาน

ความยาวคลน (นาโนเมตร)

๑ ๒ ๓

การล

ดทอน

(เด

ซเบ

ล /กโ

ลเม

ตร)

๒.๕

๒.๐

๑.๕

๑.๐

๐.๕

๙๐๐ ๑๑๐๐ ๑๓๐๐ ๑๕๐๐ ๑๗๐๐

รปท ๓.๑ คาการลดทอนของเสนใยนำแสงแบบซลกาสำหรบการสอสารเชงแสง

ความยาวคลน (นาโนเมตร)


ดเอม (Frequency Division Modulation: FDM) เปนตน ปองกนการดกขอมลหรอลดผลกระทบจากสญญาณรบกวนจากแหลงอนดวยเทคโนโลยฟรเควนซฮอพพง (Frequency Hopping) ดงนนเทคโนโลยการกลำสญญาณจงมความสำคญสงมากในระบบการสอสารโดยเปนองคประกอบทสำคญของระบบสอสารแทบทงสน การกลำสญญาณเพอการสอสารมอยหลายประเภทและเทคนค ขอบเขตการกลำสญญาณเพอการสอสารแบบฉบบ (Classical) มดงตอไปน อนง คำศพทการกล ำมปรากฎในบรบทอน ในด านวศวกรรมสอสารดวยแตมไดเพอการขนสงขอมลดวยสญญาณพาหตามความหมายทไดอธบายกอนหนาน ตวอยางเชน การกลำพลส (Pulse modulation) ในบรบทการแปลงขอมลจากแอนะลอกเปนดจทลสญญาณพาหเปนพลส เชน พซ เอม เปนตน นอกจากน การกลำแถบความถฐานเชงดจทล (digital baseband modulation) หรอในอกชอคอ การเขารหสสายสญญาณ (Line coding) เชน การเขารหสแมนเชสเตอร (Manchester encoding) เปนตนซงเปนการเขารหสสญญาณ (coding) ทใชในการสอสารชองสญญาณแถบความถฐานซงไมตองใชการกลำสญญาณ ๔) หลกการพนฐานของการกลำสญญาณในระบบการสอสาร พนฐานการนำกระบวนการกลำสญญาณมาใชในระบบสอสารมลกษณะดงรปท ๔.๑ สำหรบภาคสง (Transmitter) เปนการนำขาวสารทตองการสง

สญญาณลกคลนซงมสมบตตางๆ คงทซงเรยกวาเปนสญญาณพาห (Carrier signal) เปนเสมอนพาหนะขนสงสญญาณขาวสารผานตวกลางหนงๆ จากจดหนงไปยงอกจดหนงหรอหลายจด ในเชงเทคนคทางวศวกรรมสอสาร การขนสงดวยสญญาณพาหใชการเปลยนแปลงหรอเรยกทบศพทวา กลำ (modulate) คาสมบตบางประการของสญญาณพาหนน ไดแก แอมพลจด เฟส (Phase) และความถ (Frequency) ใหสอดคลองกบขาวสารทตองการสง โดยทภาครบยงคงสามารถแปลความหมายของขาวสารกลบคนมาได เทคนคหรอแผน (Scheme) การกลำทไดรบการคดคนและพฒนาขนมอยหลายแบบ เชน การกลำแอมพลจด (AM) การกลำสญญาณแบบเอฟเอสเค (FSK) เปนตน ซงตองเลอกโดยพจารณาจากความเหมาะสมกบปจจยดงน คณลกษณะของชองสญญาณ เชน การลดทอน สญญาณรบกวน แบนดวดท เปนตน ประการตอมาคอ คณภาพสญญาณทรบไดของระบบทตองการ และลกษณะของขาวสารทตองการสงโดยหลกคอ สเปกตรมของขาวสารนน นอกจากนยงตองเหมาะสมในเชงวศวกรรม เชน ความซบซอนของอปกรณ ขนาดของอปกรณ อปกรณขางเคยงทเกยวของในระบบสอสาร เปนตน ประโยชนของการกลำมหลายประการ ไดแก สามารถสงสญญาณไดไกลขน มความกวางของชองสญญาณทใชในการสงตรงกบทตองการสามารถเพมปรมาณขาวสารสงผานตวกลางไดดวยเทคโนโลยมลตเพลก (Multiplexing Technologies) [๒] เชน เอฟ

รปท ๔.๑ พนฐานระบบสอสาร

แหลงขาว(Source)

ภาคสง(Transmitter)

ตวกลาง(Channel)

แหลงขาว(Receiver)

ปลายทาง(Destination)


ผานชองสญญาณซงอย ในรปสญญาณท เรยกวา สญญาณแถบความถฐาน (Baseband signal) มาผานการกลำสญญาณโดยใชอปกรณทเรยกวา ภาคกลำสญญาณ (Modulator) สญญาณแถบความถฐานดำเนนการกลำ (Modulate) กบสญญาณพาห ผลลพธทไดเรยกวา สญญาณกลำ (Modulated signal) ซงจะมความถเลอนจากความถศนยออกไป สญญาณกลำจะไดรบการสงผานชองสญญาณ (Channel) โดยอปกรณสงเชน สายอากาศสำหรบกรณสงดวยคลนวทย เปนตน พจารณาทภาครบ (Receiver) มการนำสญญาณทรบไดมาผานการแยกสญญาณ (Demodulate) ดวยภาคแยกสญญาณ (Demodulator) เพอแปลงสญญาณทรบไดใหกลายเปนขาวสารสำหรบการนำไปใชงานตอไป อปกรณเครอขายวทยสมครเลนเปนตวอยางหนงของระบบสอสารทนำการกลำสญญาณมาใชเพอการสงสญญาณเสยง เครองวทยสมครเลนทำหนาทแปลงสญญาณเสยงของผสงใหอยในรปของสญญาณทางไฟฟา ตอจากนนกมการนำสญญาณเสยงกลำสญญาณพาหเพอกำเนดสญญาณทมชวงความถตรงกบทกำหนดไว สญญาณทไดจากการกลำสญญาณไดรบการขยายโดยภาคขยายสญญาณ (Amplifier) และสงออกไปทางสายอากาศ (Antenna) ในรปแบบของคลนแมเหลกไฟฟา วทยสมครเลนของผรบนำสญญาณทรบไดจากสายอากาศมาผานการขยายสญญาณและแยกสญญาณตามลำดบเพอแปลงสญญาณกลบมาเปนสญญาณเสยงซงจะไดรบการขยายและสงสญญาณออกไปทางลำโพง การกลำสญญาณสามารถแบงออกไดหลายแบบ หากแบงดวยลกษณะรปคลนสญญาณของขาวสาร การกลำสญญาณสามารถแบงออกไดเปน ๒ แบบ คอ การกลำสญญาณแอนะลอก และการกลำสญญาณดจทล หากแบงดวยการใชการตรวจวด (Detection) เปนเกณฑ การกลำสญญาณแบงออกเปน ๒ แบบ คอ การกลำสญญาณแบบโคฮเรนท และนอนโคฮเรนท เกณฑขอบสญญาณ (Envelope) ของสญญาณกลำ เกดรปแบบทเรยกวา การกลำขอบสญญาณคงท (Constant-envelope modulation)

๕) การกลำสญญาณแอนะลอก (Analog modulation) การกลำสญญาณสำหรบระบบสอสารแบบแอนะลอกหรอคอ สญญาณแถบความถฐานของขาวสารเปนสญญาณแอนะลอก การกลำแบบน แอมพลจดของสญญาณแถบความถฐานกลำสญญาณพาหโดยการเปลยนแปลงคาลกษณะเฉพาะ ไดแก แอมพลจด ความถ และเฟสอยางใดอยางหนงของสญญาณพาห รปแบบโดยวธการกลำสญญาณแบงออกเปน ๒ กลม ไดแก การกลำแอมพลจด (Amplitude modulation: AM) และการกลำสญญาณเชงมม (Angle/Exponential modulation) [๓] ๕.๑ การกลำแอมพลจดหรอเอเอม (Amplitude modulation: AM) การกล ำแอมพลจ ด เปนรปแบบการกล ำสญญาณซงกลำหรอเปลยนแปลงคาแอมพลจดของสญญาณพาหใหมความสมพนธกบคาแอมพลจดของสญญาณแถบความถฐานของขาวสารดงตวอยางในรปท ๕.๑ ซงแสดงถงความสมพนธระหวางขาวสารและสญญาณทไดจากการกลำสญญาณสำหรบเครองวทยสมครเลนโดยองจากแกนเวลาและความถ ทงนเอเอมมหมวดยอยๆ แบงออกเปน 3 หมวดคอ การ กลำแอมพลจดแบบแถบความถคหรอดเอสบ-เอเอม (Double-Sideband Amplitude modulation: DSB-AM) แบบแถบความถเดยวหรอเอสเอสบ-เอเอม (Single-Sideband Amplitude modulation: SSB) และแบบแถบความถเหลอคางหรอวเอสบ-เอเอม (Vestigeal-Sideband Amplitude modulation: VSB-AM) สำหรบดเอสบ-เอเอม พจารณาสญญาณทางความถพบวา สญญาณทไดจากการกลำสญญาณมการเลอนความถไปอยทความถพาหและมขนาดแบนดวดทเพมเปนสองเทาเมอเปรยบเทยบกบขาวสารดเอสบ-เอเอมเปนรปแบบการกลำสญญาณทงายแกการสรางอปกรณสำหรบภาคกลำสญญาณและภาคแยกสญญาณและอปกรณทใชงานมราคาถกดงนนการกลำสญญาณชนดนจงเปนทไดรบความนยมมาตงแตในอดต อยางไรกตามเนองจากสญญาณท


รปท ๕.๑ การกลำแอมพลจด

ไดรบการกลำสญญาณมขอบสญญาณไมคงท จงมขอดอยคอ สญญาณทไดจงมกำลงงานไมคงท การกลำแอมพลจดมกถกใชอยในชวงสญญาณทมความถตำ (LF) คอ อยในชวง ๓๐ – ๓๐๐ กโลเฮรตซ หรอสญญาณทมความถปานกลาง (MF) คออยในชวง ๓๐๐ – ๓,๐๐๐ กโลเฮรตซ เชน การสงสญญาณวทยกระจายเสยงระบบเอเอมคลนยาว (Longwave AM Radio) ในชวงความถ ๑๕๐ – ๒๘๐ กโลเฮรตซ การสงสญญาณวทยกระจายเสยงระบบเอเอมคลนความยาวขนาดกลาง (Mediumwave AM Radio) ในชวงความถ ๕๓๐ – ๑,๖๑๐ กโลเฮรตซ ถงแมวาดเอสบ-เอเอมมความเหมาะสมแกการนำไปใชงาน แตดวยทสญญาณทกำเนดขนมาจากกระบวนการกลำสญญาณมสวนของสญญาณพาหซงไมมความเกยวของกบขาวสารดงนนจงทำใหมการสญเสยกำลงสงสญญาณใหแกสวนทไมไดนำไปใชงาน การกลำสญญาณประกอบไปดวยสญญาณในชวงแถบความถบน (Upper sideband) และชวงแถบความถลาง (Lower sideband) โดยททงสองช ว ง น น ม ร ป แ บ บ ท ส ม ม า ต ร ซ ง ก น แ ล ะ ก น (Symmetry) ดงนนการสงสญญาณทงสองชวงพรอมกนจงเปนการใชแบนดวดทมากเกนความจำเปน เพอลดขอจำกดดงกลาวจงไดมพฒนารปแบบการทำงานโดยการใชภาคกลำและภาคแยกสญญาณทม

ความซบซอนมากขน การกลำแอมพลจดทไดรบการปรบปรงเพมเตม ไดแก การกลำแอมพลจดแบบแถบความถคซงปราศจากสญญาณพาหหรอดเอสบ-เอสซ -เอเอม (Suppressed-Carrier Double-Sideband Amplitude modulation: DSB-SC-AM) เอสเอสบ-เอเอม และวเอสบ-เอเอม สำหรบดเอสบ-เอสซ-เอเอมเปนการลดกำลงงานสำหรบการสงสญญาณดวยการยกเลกการสงสญญาณพาหทไมไดใชงาน ภาคแยกสญญาณของระบบสอสารทใชการกลำสญญาณแบบแถบความถคซงปราศจากสญญาณพาหมความซบซอนมากกวาระบบสอสารทใชการกลำแอมพลจด เปนรปแบบการ กลำสญญาณซงเหมาะสมตอการใชงานในระบบสอสารทมรปแบบการสงสญญาณแบบจดตอจด (Point-to-point communications) เอสเอสบ-เอเอม เปนรปแบบการกลำสญญาณซงปรบปรงการกลำสญญาณแบบแถบความถคโดยมการกรอง (Fi l ter) สญญาณและเลอกเฉพาะสญญาณในชวงแถบความถบนหรอแถบความถลางสงออกไปเทานนซงสงผลใหสญญาณทไดจากการกล ำสญญาณม กำล ง ง านลดลงและต อ งการแบนดวดทสำหรบสงสญญาณลดลงเหลอเพยงแคครงหนง สำหรบวเอสบ-เอเอม มการสงสญญาณทงใน

/

00 f

c-f

c

fc

ขนาด

เวลา

ความถ

ขนาดแถบความถลาง

(Lower sideband) แถบความถบน(Upper sideband)

ขนาด

เวลาขนาด

ความถสญญาณเสยง สญญาณแอนะลอก

แบนดวดท

แหลงขาว(Source)

ภาคสง(Transmitter)

คอความถของสญญาณพาห


สวนแถบความถบนและแถบความถลางทวาการสงสญญาณในแถบความถหน งจะมการสงเฉพาะสญญาณบางสวน (Vestige) การกลำสญญาณประเภทนเหมาะสมตอการสงสญญาณแถบความถกวาง (Wideband signal) เชน ในระบบการแพรสญญาณโทรทศน เชงพาณชย (Commercial television broadcasting) และระบบทตองการสงขาวสารดวยอตราเรวสง เปนตน เอเอมมขอเดนคอ ใชแบนดวดทตำ และงายตอสรางเพอใชงาน แตขอดอยคอ ประสทธภาพกำลงงานตำสงผลใหใชพลงงานสนเปลอง ทนทานตอการรบกวนจากการแทรกสอด (interference) นอย เอเอมใชในงานประยกตตางๆ เชน วทยสมครเลน วทยเอเอม การแพรสญญาณโทรทศน การสอสารแบบจดตอจด เปนตน

๕.๒ การกลำมม (Angle modulation) การกลำมมเปนการนำเฟส (Phase) หรอความถของสญญาณพาหมาใชเพอการแสดงถงขาวสารซ งมลกษณะไม เปนเชงเสน (Nonl inear) สญญาณทไดจากการกลำสญญาณในลกษณะนมขอบสญญาณคงท การกลำมมมขอดกคอ มผลกระทบตอสญญาณรบกวนนอยกวาเมอเปรยบเทยบกบการใชการกลำสญญาณแบบเชงเสน อยางไรกตาม สญญาณทเกดจากการกลำมมจำเปนตองใชชวงความถเพอการสงสญญาณเพมขน การกลำมมมรปแบบพนฐาน ๒ รปแบบ ไดแก การกลำความถ (Frequency modulation: FM) และ การกลำเฟส (Phase modulation: PM) ๕.๒.๑ การกลำความถ หรอเอฟเอม Frequency modulation: FM)

(ก)

(ข)

(ค)

(ง)

เวลา

ขนาด

เวลา

ขนาด

เวลา

ขนาด

เวลา

ขนาด

รปท ๕.๒ ตวอยางการกลำสญญาณแอนะลอก (ก) รปสญญาณของขาวสาร (ข) ทางแอมพลจดหรอขนาด (ค) ทางเฟส (ง) ทางความถ


เอฟเอมเปนการกลำสญญาณซงปรบเปลยนความถของสญญาณพาหโดยทคาเบยงเบนของความถ (Frequency deviation) ของสญญาณพาหใหเปนสดสวน (proportional) กบแอมพลจดของสญญาณแถบความถฐานของขาวสารโดยเปนรปแบบการกลำสญญาณทใหคณภาพทดกวาเอเอม และกำลงงานของสญญาณทไดจากการกลำสญญาณมขอบสญญาณคงท แตตวระบบจำเปนตองใชอปกรณทมความซบซอนมากขน การประยกตใชงานเอฟเอมมอยในชวงแถบความถวเอชเอฟ (Very High Frequency: VHF) คอ อยในชวง ๓๐ – ๓๐๐ เมกะเฮรตซ เชน การแพรสญญาณวทยกระจายเสยงระบบเอฟเอมใชความถอยในชวง ๘๘ – ๑๐๘ เมกะเฮรตซ การใชเอฟเอมในระบบโทรศพทเคลอนทแอมปส (Advanced mobile phone service: AMPS) นอกจากนนยงมการนำเอฟเอมไปใชระบบสอสารสำหรบขายเชอมโยงดาวเทยม (Satellite link) อยางแพรหลาย [๔] ขอเดนของเอฟเอมคอ ความยดหยนแบนดวดททใชและกำลงงานสงได ขอบสญญาณคงทชวยใหมประสทธภาพกำลงงาน และสามารถใชภาคขยายสญญาณธรรมดาได แตขอดอยคอ ใชแบนดวดทมากกวาเอเอม และความซบซอนของอปกรณสงกวาเอเอม ๕.๒.๒ การกลำเฟส (Phase modulation: PM) การกลำเฟสเปนการเปลยนแปลงเฟส (Phase) โดยทคาเบยงเบนของเฟส (Phase deviation) ของสญญาณพาหให เปนสดสวนกบแอมพลจดของสญญาณแถบความถฐานของขาวสาร คณภาพของสญญาณรวมถงความซบซอนของอปกรณภาคกลำและแยกสญญาณมลกษณะใกลเคยงกบกรณทใชการกลำความถโดยทการกลำเฟสนนใชคลนพาหเพยงความถเดยว มการประยกตใชงานการกลำเฟสกบการสงสญญาณโทรศพทเคลอนทเพอใหสามารถสงสญญาณทมความถอย ในชวง ๓๐๐–๓,๐๐๐ กโลเฮรตซได

๖) การกลำสญญาณดจทล (Digital modulation) สญญาณแอนะลอกนนแมมขอดเมอเทยบกบสญญาณดจทล เชน ความละเอยดของขาวสารครบถวน และการประมวลผลทำไดรวดเรว เปนตน แตกมขอดอยหลายประการ เชน สมรรถนะการตรวจวดสญญาณในการสอสารตำกวา กรรมวธสญญาณหลายแบบไมสามารถประยกตใชงานกบสญญาณแอนะลอกได เปนตน ระบบการสอสารยคใหมจงใชสญญาณดจทลสำหรบการสอสาร “ในกรณทสญญาณแถบความถฐานของขาวสารอยในรปของสญญาณดจทล การกลำสญญาณดำเนนการกบขาวสารทละกลมทเรยกวา สญลกษณ (Symbol)” และรปแบบการกลำทใชเรยกวา การกลำสญญาณดจทลซงแบงออกเปนการกลำสญญาณแบบเอเอสเค (Amplitude Shift Keying: ASK) แบบเอฟเอสเค (Frequency Shift Keying: FSK) และ แบบพเอสเค (Phase Shift Keying : PSK) ทงสามวธถอเปนเปนหลกมล (fundamental) ของการกลำสญญาณดจทล นอกจากนยงมการกลำในรปแบบทไดประยกตจากรปแบบหลกมลดงกลาวอก ๖.๑ การกลำสญญาณแบบเอเอสเค (Amplitude Shift Keying: ASK) การกลำสญญาณแบบเอเอสเคเปนการกลำสญญาณซงปรบเปลยนแอมพลจดของสญญาณพาห ณ แตละชวงเวลาใหสอดคลองกบขาวสารดจทล มการแบงแอมพลจดของสญญาณพาหออกเปนจำนวน M ระดบตงแตกรณทไมมการสงสญญาณจนถงการสงสญญาณดวยคาสงสด กลาวคอ มสญญาณหรอสญลกษณกลำทงสน M สญลกษณ การสงสญญาณลกคลนทมแอมพลจดตาง ๆ จะแสดงถงรปแบบของขาวสารในลกษณะทแตกตางกน ปรมาณบตขาวสารทสามารถสงไปผานลกคลนสญญาณแตละครงมคาเปน log2(M) บต ในกรณทมการสงสญญาณแบบไบนาร (หรอเลขฐานสอง) โดยทสญญาณพาหในแตละหวงเวลาแทนบตขาวสารพยงหนงบต หรอกลาววา หนงสญลกษณแทนหนงบตขาวสารนนเอง นอกจากน มการแบงแอมพลจดของสญญาณพาหออกเปนสองชวงคอกรณทมและ


ไมมการสงสญญาณ รปแบบการกลำสญญาณในกรณนถกเรยกวาเปนการกลำสญญาณแบบโอโอเค (On-Off Keying: OOK) อปกรณสำหรบภาคกลำและแยกสญญาณแบบเอเอสเคมราคาทไมแพงมากหากเปรยบเทยบกบอปกรณสำหรบการกลำสญญาณดจทลรปแบบอน ๆ มกมการนำไปใชในการสงขอมลดจทลผานสายเสนใยนำแสง (Optical fiber) ๖.๒ การกลำสญญาณแบบเอฟเอสเค (Frequency Shift Keying: FSK) การกลำสญญาณแบบเอฟเอสเคเปนการกลำสญญาณแบบดจทลซงนำความถของสญญาณพาหมาใชเพอแสดงถงขาวสารดจทล พนฐานการกลำสญญาณแบงออกไดเปนสองประเภทยอย คอ แบบเอฟเอสเค (Frequency Shift Keying: FSK) และแบบเอฟเอสเคทมเฟสคงท (Continuous-phase Frequency Shift Keying) จำนวนความถสำหรบสงสญญาณมผลตอจำนวนบตทสามารถสงไปไดในแตละลกคลนสญญาณในลกษณะเดยวกบการกลำสญญาณแบบเอเอสเค ในกรณทใชความถเพยงแคสองคาการสงสญญาณในแตละสญลกษณจะแสดงถงขาวสารจำนวนหนงบตและมการเรยกวาเปนการกลำสญญาณแบบไบนารเอฟเอสเค (Binary Phase Shift Keying: BFSK) ๖.๓ การกลำสญญาณแบบพเอสเค (Phase Shift Keying: PSK) การกลำสญญาณแบบพเอสเคเปนการสงสญญาณพาหดวยการปรบเฟสของสญญาณพาหใหเปลยนไปตามขอมลดจทล มการแบงเฟสของสญญาณพาหออกเปน M ระดบโดยแตละระดบแสดงถงบตขาวสารจำนวน log2(M) บต ในกรณทม M มคาเปนสองมกเรยกการกลำสญญาณวาเปนการกลำสญญาณแบบพอาร เค (Phase-Reversal Keying: PRK) หรอ แบบบพเอสเค (Binary Phase Shift Keying: BPSK) ๖.๔ การกลำสญญาณแบบควเอเอม (QAM: Quadrature Amplitude Modulation) การกลำสญญาณชนดใชลกษณะเฉพาะทงเฟสและแอมพลจด (Phase and ampli tude modulation) การกลำชนดนสามารถแบงไดทงแอม

พลจดและเฟสของสญญาณพาหทำใหมความหลากหลายกวาใชเพยงอยางใดอยางหนง สงผลใหใชสเปกตรมของชองสญญาณไดอยางมประสทธภาพ แตกมขอดอย คอ ใชกำลงงานไมมประสทธภาพ ๗) การแปรผนของการกลำแบบหลกมล (Variations of fundamental modulation) การกลำสญญาณดงทไดบรรยายมาแลวนนถอเปนการกลำสญญาณหลกมลหรอพนฐานทไดรบการพฒนาขนในชวงแรก ตอจากนน ดวยแรงขบดนตางๆ ทง ความตองการเชงพาณชย ความตงใจในการวจยและพฒนาเทคโนโลยใหม งานการประยกตใหมทหลากหลายขน เปนตน เกดการกลำทไดรบการพฒนาขนจากการกลำสญญาณพนฐานเดมดงหวขอตอไปน ๗.๑ การกลำแบบนอนโคฮเรนท (Noncoherent modulation) โดยทวไป การกลำและการแยกสญญาณทใชกนคอ โคฮเรนท (coherent) กลาวคอ ภาครบสามารถทราบคาเฟสทแนนอนของสญญาณพาหทสงมาไดโดยใชวธทเรยกวา การหาคาหรอประมาณชองสญญาณ (Channel estimation) เชน การใชสญญาณนำรอง (Pilot sequence) กอนการสงขาวสารเพอใชขนตอนวธทางกรรมวธการสญญาณ (Signal processing) ประมาณคาเฟสของชองสญญาณ เปนตน อนจะทำใหการสงขอมลเปนแบบเขาจงหวะ(Synchronization) กนนนเอง ซงขอดอยคอ อปกรณการแยกสญญาณมความซบซอนสง และเปนการใชความถไดไมมประสทธภาพเนองจากตองสงสญญาณนำรองทไมใชขาวสาร จากขอดอยดงกลาวทำใหมการพฒนาการกลำแบบนอนโคฮเรนทขนโดยยอมแลกกบประสทธภาพของการแยกขอมลกลบทดอยลงกวาแบบโคฮเรนท ก า ร ก ล ำ แ บ บ น อ น โ ค ฮ เ ร น ท ห ม า ย ถ ง กระบวนการกลำและการแยกสญญาณทไมตองใชคาเฟสโดยรปแบบนเหมาะสมกรณทชองสญญาณมสญญาณรบกวนตำ สำหรบการกลำแบบอะนาลอก


แทบจะไมมความแตกตางในการดำเนนการ สงทแตกตางมเพยงวธการแยกสญญาณทภาครบเปนแบบท เรยกวา การตรวจวดแบบนอนโคฮเรนท (Noncoherent detection) ซงปราศจากการประมาณเฟสสญญาณ แตสำหรบกรณการกลำแบบดจทลมความแตกตางมากคอ รปแบบการดำเนนการเฉพาะของการกลำทภาคสงดวย ทำใหชอทใชเรยกมความแตกตางออกไป รายการของชอชนดของการกลำสญญาณดจทลมความคลายคลงกบแบบโคฮเรนทในสวนของพเอสเคและควเอสเคโดยเพมคำขนมาหนงคำคอ “ดฟเฟอเรนเชยล” ซงหมายถง การกลำสญญาณขาวสารใดขาวสารหนงใชผลตางของตวเองและขาวสารอนกอนหนา สงผลใหการแยกสญญาณแบบนใชคาเฟสอางองจากสญญาณขาวสารขางเคยงนน ตวอยางเชน การกลำทเขาคกบพเอสเค คอ ดฟเฟอเรนเชยลพเอสเคหรอดพเอสเค (Differ-ential PSK, DPSK) การกลำดฟเฟอเรนเชยลนทมการใชงาน เชน π/4 OQPSK เปนตน สำหรบขนตอนการกลำสญญาณดจทลแบบนอนโคฮเรนท ณ ภาคสง เลอกแผนการกลำกอน เชน เลอก ดพเอสเค เปนตน ตอไป ดำเนนการกลำสญญาณ สญลกษณหนงไดรบการสงออกเปนเปนสญลกษณอางอง (Reference symbol) สำหรบกลมขาวสารกลมแรก จากนนสญลกษณขาวสารแตละสญลกษณจะไดรบการกลำโดยใชเฟสทเปนลพธจากผลตางระหวางเฟสของสญลกษณของกลมขอมลกบสญลกษณกอนหนา ในสวนของกระบวน การแยกสญญาณ ณ ภาครบ เครองแยกสญญาณจะใชสญลกษณกอนหนาเปนสญลกษณอางองในการแยกสญญาณกลาวคอ สญลกษณกอนหนาเปรยบเสมอนขอมลเฟสของสญญาณนนเองทำใหไมตองมการประมาณคาเฟสของสญญาณพาห ๗.๒ การกลำทางเฟสตอเนอง (Continuous phase modulation) เทคนดนตองการใหการปลยนแปลงของเฟสระหวางสญลกษณตดกนมความราบเรยบกวาการกลำทางเฟสธรรมดาทมเฟสตางกนไดมาก เชน กรณควพเอสเค ผลตางเฟสมไดตงแต ๙๐ องศาและ ๑๘๐ องศา ผลของการทเฟสมความตอเนองคอ

ประสทธภาพสปกตรมสงขน นอกจากน การออกแบบใหขอบสญญาณกลำมคาคงท ทำใหการกลำชนดนอยในหมวดการกลำขอบสญญาณคงทอนมขอเดนคอ ประสทธภาพกำลงงานสง และสามารถใชอปกรณขยายสญญาณทวไปทมราคาไมแพงได

ตารางท ๘.๑ ตวอยางการประยกตใชงานรปแบบการกลำตางๆ

การประยกต รปแบบการกลำ การสอสารทางนำ: - โซนาร ASK, QPSK

การสอสารโทรศพทเคลอนท: - จเอสเอม MSK GMSK

- IS-95 (ซดเอมเอ) QPSK, π/4

OQPSK

- แอมปส FSK, GFSK

อปกรณไรสาย - บลทธ GFSK

การแพรสญญาณวทย กระจายเสยงและสญญาณ โทรทศน - วทยเอเอม AM

- วทยเอฟเอม FM

- ทวดจทลแถบอเมรกาเหนอ 8VSB 16 VSB

(ATV)

เครอขายคอมพวเตอร - โมเดม 16, 64, 256QAM

- เคเบลโมเดม BPSK, QPSK,

π/4 OQPSK

การสอสารสำหรบอากาศยาน 8PSK

การสอสารดาวเทยม: - ดวบ-เอส QPSK,

π/4 OQPSK

การสอสารอวกาศ: การวดและสงขอมลทาง BPSK

ไกลอวกาศลก (Deep space telemetry)


๙) บรรณานกรม [๑] A. Bruce. Carlson. Communication Systems. 3rd ed. Singapore: McGraw-Hill, 1986. [๒] R. Meyers. Encyclopedia of Telecommunications. California: Academic Press, 1989. [๓] S. Haykin. Communication Systems. 3rd ed. United States of America:John Wiley & Sons, 1994. [๔] T. Pratt and C. W. Bostian. Satellite communications. John Wiley & Son Publishing, 1986.

ตวอยางการกลำชนดน เชน จเอมเอสเค (Gaussian Minimum Shift Keying) ซงใชในระบบการสอสารโทรศพทเคลอนทจเอสเอม เปนตน ๘) การประยกตใชงาน การประยกตใชงานการกลำชนดตางๆ ในดานการสอสารมอยในทกๆ รปแบบการสอสารทงทาง

บก ทางนำ ทางอากาศ และอวกาศ ตวอยางเชน การสอสารโทรศพทเคลอนท การสอสารเชงแสง การกระจายเสยงและแพรสญญาณโทรทศน การสอสารดาวเทยม การสอสารระหวางยานอวกาศและสถานฐานทโลก เครอขายคอมพวเตอร เชน แลน แลนไรสาย เปนตน การประยกตใชงานรปแบบการกลำตางๆ ปรากฎอยในตารางท ๘.๑


๑) อภธานศพท (Glossary) รหสควบคมความผดพลาด (Error Control Coding) หนงในเทคโนโลยสำหรบระบบสอสารและระบบจดเกบขอมลแบบดจทลเพอลดความผดพลาดของขาวสาร ใชเพอเพมคณสมบตในการตรวจจบและแกไขความผดพลาดทเกดขนระหวางการสงผานระบบสอสารหรอเกดขนในระหวางทถกบนทกในหนวยความจำเปนการนำขาวสารซงอยในรปแบบดจทลมาเขารหสกอนการนำไปใชงานตามปกต เมอตองการขาวสารกลบคนมากจะนำขอมลทเขารหสไวมาผานการถอดรหสเพอดงขอมลกลบคนมาพรอมทงตรวจจบหรอแกไขความผดพลาด การแกไขความผดพลาดแบบสงซำอตโนมต (Automatic Repeat Request: ARQ) การใชงานรหสควบคมความผดพลาดรปแบบหนง เปนการนำขาวสารมาเขารหสเพอเพมความสามารถในการตรวจจบความผดพลาด ขาวสารทไดรบการเขารหสถกนำไปสงผานระบบสอสารตามปกต ทภาครบมการนำสงทรบไดมาถอดรหสเพอตรวจสอบความผดพลาด หากพบวามการเกดความผดพลาดขนกจะตดตอกบภาคสงเพอใหสงขอมลชดดงกลาวมาใหมจนกวาจะตรวจสอบไดวาถกตองหรอเปนไปตามโปรโตคอลสอสารทใช

บทท xพนฐานเทคโนโลยรหสควบคมความผดพลาดสำหรบการสอสาร Error Control Coding for Communication Systems

ดสพล ฉำเฉยวกล และกองบรรณาธการ

การแกไขความผดพลาดแบบลวงหนา (Forward Error Correction: FEC) รปแบบหนงของการใชงานรหสควบคมความผดพลาด เปนหลกการทใชในระบบสอสารและระบบจดเกบขอมลเพอลดความผดพลาดของขาวสารแบบดจทลโดยการนำขาวสารมาเขารหสเพอใหกลายเปนคำรหสซงสามารถนำขอมลมาแกไขความผดพลาดบางสวนทเกดขนไดขอมลนถกนำไปสงผานระบบสอสารหรอระบบจดเกบขอมลตามปกต ทภาครบมการนำสงทรบไดมาถอดรหสเพอกำเนดขาวสารรวมทงกระทำการแกไขความผดพลาดโดยใชคณสมบตของรหส ขดความสามารถของการแกความผดพลาดนนจะขนอยกบรปแบบของรหสทเลอกใชงาน


๒) บทคดยอ รหสควบคมความผดพลาดเปนหนงในเทคโนโลยสำหรบลดความผดพลาดของขาวสารแบบดจทล ไดรบการนำไปใชในระบบสอสารหลายประเภทเชน ระบบโทรศพทเคลอนท ระบบสอสารผานดาวเทยมและระบบแพรสญญาณวดทศนดจทล รวมทงในระบบจดเกบขอมลเชน ฮารดดสกและแผนคอมแพคดสก เปนตน พนฐานของรหสควบคมความผดพลาดเปนการนำขาวสารมาผานกระบวนการเขารหสเพอแปรสภาพใหกลายเปนคำรหสซงมความทนทานตอความผดพลาดตามรปแบบรหสทเลอกใชงาน คำรหสทไดจากการทำงานถกนำไปใชงานตามปกตและเมอตองการนำขาวสารกลบคนมากจะนำคำรหสมาผานการถอดรหสเพอกำเนดขาวสารโดยนำคณสมบตของรหสมาใชตรวจจบหรอแกไขความผดพลาดทเกดขน ผลของการนำรหสควบคมความผดพลาดมาใชงานสามารถเพมความนาเชอถอใหแกขอมลรวมทงสามารถนำไปใชลดกำลงงานสำหรบสงสญญาณในระบบสอสารไดอนเปนการเพมประสทธภาพของระบบสอสารนน ๆ รหสควบคมความผดพลาดมหลายรปแบบเชน รหสแบบแฮมมง รหสบซเอช รหสรดโซโลมอน รหสคอนโวลชน รหสทซเอม รหสเทอรโบและรหสตรวจสอบพารตแบบความหนาแนนตำ เปนตน Abstract Error control coding is a technique to reduce error during data transmission of digital communications and data storage devices. It is widely used to improve communication system performance. such as in mobile communications, satellite communications, and digital video broadcasting systems. In addition, this technique is also used for the same purpose in data storage systems. Basically, the information bit is encoded to be the code word in order to retrieving detection and correction capability. This codeword is transmitted through communication systems or stored in the devices as its purpose. It will then be recovered to be the original form by decoding with related method. The decoder adapts the detecting and correcting capability of the coding scheme to reduce some of error. Using error control coding improves reliability to the information bits and reduces the consumption of transmitted power. There are many types of error control coding scheme, for instance, Hamming code, BCH code, Reed-Solomon (RS) code, convolution code, Trellis-Coded Modulation (TCM), turbo codes, and Low-Density Parity Check (LDPC) code.

๓) บทนำ (Introduction) ระบบสอสาร (Communication systems) เปนระบบสำหรบสงขาวสาร (Information) โดยใชสญญาณทางไฟฟา (Electrical waveform) เปนสอเพอสงถายขาวสารระหวางภาคสงและภาครบ รปแบบของการสงขาวสารมหลายรปแบบเชน การสงสญญาณในรปของคลนแมเหลกไฟฟาผานอากาศ การสงสญญาณเสยงผานสายโทรศพท (Telephone line) และการสงขอมลผานสายโคแอค (Coaxial cable) เนองจากการเดนทางของสญญาณผาน

ตวกลางหรอท เรยกวาชองสญญาณ (Channel) สญญาณขาวสารมโอกาสเกดการเปลยนแปลงองคประกอบทงทางขนาด (Ampli tude) และมม (Phase) ไดเพราะวาสญญาณมโอกาสถกรบกวนจากสญญาณรบกวน (Noise) รวมถงเกดความผดเพยนอนเนองมาจากคณสมบตของตวกลางและอปกรณทใชงาน ความผดเพยนนสงผลใหขาวสารทถกสงไปทภาครบมโอกาสเกดความคลาดเคลอนไปจากขาวสารตนฉบบได การลดความผดพลาด (Error) ของขาวสารสามารถทำไดหลายรปแบบเชน


การเพมกำลงงาน (Power) สำหรบสงสญญาณเพอเพมความแตกตางระหวางสญญาณขาวสารและสญญาณรบกวน การปรบปรงอปกรณในระบบสอสารใหมความทนทานตอสญญาณรบกวนและการใชรหสควบคมความผดพลาด (Error Control Coding: ECC) เปนตน สำหร บ รห สควบค มความผ ดพลาด เป นเทคโนโลยลดความผดพลาดของขาวสารสำหรบระบบสอสารแบบดจทล (Digital communication systems) ซงไดรบการนำไปใชในระบบสอสารหลายประเภทเชน ระบบโทรศพทเคลอนท (Mobile communications) ระบบสอสารผานดาวเทยม (Satellite communications) และ ระบบแพรสญญาณวดทศนดจทล (Digital Video Broad casting: DVB) นอกจากนนรหสควบคมความผดพลาดไดถกนำไปใชในระบบจดเกบขอมล (Data storage systems) เชน ฮารดดสก (Harddisk) และ แผนคอมแพคดสก (Compact disk) เปนตน การนำรหสควบคมความผดพลาดมาใชงานสามารถลดความตองการกำลงงานสำหรบสงสญญาณซงเปนประโยชนอยางยงแกระบบสอสารบางประเภททจำเปนตองสงขาวสารในระยะทางไกลหรอมขอจำกดเปนพเศษทางดานกำลงงานของอปกรณสงสญญาณ การสงขอมลในอวกาศทมระยะทางไกล (Deep space communications) เปนตวอยางหนงของระบบสอสารทนำรหสควบคมความผดพลาดมาใชงาน การปรบปรงระบบสอสารประเภทนใหมกำลงสงสญญาณเพมขนแมเพยงเลกนอยกจำเปนตองใชเงนทนมหาศาล นอกเหนอจากการใชงานในระบบสอสารแลวรหสสำหรบควบคมความผดพลาดถกใชเพอปกปองขาวสารในคอมพวเตอรและอปกรณบนทกขอมล ดวยทคำรหสทกำเนดขนมาจากกระบวนการเขารหสในแตละครงมปรมาณมากกวาบตขาวสารทปราศจากการเขารหสเสมอดงนนระบบสอสารทนำรหสควบคมความผดพลาดมาใชงานจำเปนตองสงขอมลผานตวกลางดวยอตราเรวทเพมขนหรอตองการแบนดวด (Bandwidth) หรอชวงความถ (Frequency) ทใชเพอการสงสญญาณเพมขน สำหรบระบบจดเกบขอมลการนำรหสควบคม

ความผดพลาดมาใชงานสงผลใหขอมลทจำเปนตองบนทกลงในอปกรณมขนาดเพมขน พนฐานของรหสควบคมความผดพลาดมการทำงานดงรป ๔.๑ เปนการนำบตขาวสารมาผานการเขารหส (Encoding) เพอแปรสภาพใหอยในรปของคำรหส (Code word) กอนการนำไปสงผานระบบสอสารหรอบนทกลงสอตามปกต คำรหสเปนขอมลทมคณสมบตพเศษโดยสามารถนำมาใชตรวจจบ (Detection) หรอแกไข (Correction) ความผดพลาดได เมอตองการนำบตขาวสารกลบคนมากจะนำคำรหสทรบไดมาผานการถอดรหส (Decoding) เพอตรวจจบหรอแกไขความผดพลาด พนฐานของรหสควบคมความผดพลาดมความเกยวของกบทฤษฏขาวสารของแชนนอน (Shan non’s Information theory) ซงเปนทฤษฏเกยวกบคณตศาสตรสำหรบระบบสอสารทไดรบการนำเสนอใน พ.ศ.๒๔๙๑ โดย โคลด เอลวด แชนนอน (Claude Elwood Shannon) [๑] ภายหลงจากการนำเสนอทฤษฏขาวสารมการพฒนารหสสำหรบควบคมความผดพลาดในลกษณะตาง ๆ เชน รหสแฮมมง (Hamming code) [๒] รหสบซเอช (BCH

รปท ๔.๑ พนฐานรหสควบคมความผดพลาด


Code) [๓][๔] รหสรดโซโลมอน (Reed Solomon: RS) [๕] รหสคอนโวลชน (Convolution code) [๖] รหสทซเอม (Trellis-Coded Modulation: TCM) [๗][๘] รหสเทอรโบ (Turbo code) [๙] และรหสตรวจสอบพารตแบบความหนาแนนตำ (Low-Density Parity Check: LDPC) [๑๐] เปนตน ๔) พนฐานรหสควบคมความผดพลาด Principle of Error Control Coding รหสควบคมความผดพลาดมกระบวนการทำงานทสำคญไดแก “กระบวนการเขารหส” (Encoding) และ “กระบวนการถอดรหส” (Decoding) ระบบสอสารทนำรหสควบคมความผดพลาดมาใชงานมการทำงานดงรปท ๔.๒ การทำงานทภาคสง (Transmitter) เปนการนำบตขาวสารมาผานการเขารหสเพอแปรสภาพใหกลายเปนขอมลคำรหส (Codeword) ซงมประสทธภาพในการแกไขหรอตรวจจบความผดพลาดกนตามรปแบบของรหสทใชงาน คำรหสทคำนวณไดถกสงตอไปทภาคผสมสญญาณ (Modulator) เพอกำเนดสญญาณทมคณสมบตเหมาะสมตอการสงผานชองสญญาณ (Channel) เชน อากาศ สายโทรศพทและสายโคแอค เปนตน การทำงานทภาครบ (Receiver) เปนการนำสญญาณทรบไดมาคำนวณดวยภาคแยกสญญาณ (Demodulator) เพอกำเนดขอมลซงแสดงถงคำรหส มการนำขอมลคำรหสทถกตรวจจบไดมาผานกระบวนการถอดรหสเพอแปลงขอมลใหกลายเปนบตขาวสารและนำไปใชงานตอไปพรอมทงทำการควบคมขอมลใหอยในรปแบบทคาดวาจะถกตองมาก

ยงขน การนำรหสควบคมความผดพลาดมาใชงานทำใหความตองการคาอตราสวนระหวางกำลง สงสญญาณขอมลตอกำลงของสญญาณรบกวน (Signal to Noise Ratio: SNR) ในการสงสญญาณขอมลเพอใหอตราการเกดความผดพลาดมคาอยในระดบทใชงานไดมคาลดคาลงซงเปนการดแกระบบสอสารเนองจากทำใหสามารถประหยดพลงงานและลดตนทนในการผลตอปกรณได อยางไรกตาม ดวยทคำรหสทตองสงผานระบบสอสารตองมปรมาณมากกวาบตขาวสารตนฉบบเสมอดงนนระบบสอสารทนำเทคโนโลยนมาใชงานจำเปนตองใชแบนดวด (Bandwidth) เพอการสงสญญาณมากขน ๕) ประเภทของรหสควบคมความผดพลาด Type of Error Control Coding รปแบบของรหสควบคมความผดพลาดสามารถจำแนกประเภทไดดงรป ๕.๑ โดยสามารถแบงออกเปนสองรปแบบไดแก การแกไขความผดพลาดแบบสงซำอตโนมต (Automatic Repeat Request: ARQ) และการแกไขความผดพลาดแบบลวงหนา (Forward Error Correction: FEC) การแกไขความผดพลาดแบบสงซำอตโนมตเปนการนำคญสมบตของการตรวจจบความผดพลาดของรหสมาใชงาน ระบบท ใชหลกการนมการนำคำรหสทรบไดมาทำการตรวจจบความผดพลาดทเกดขน หากพบวาขอมลทถอดรหสไดเกดความผดพลาดกจะดำเนนการขอ (Request) ใหสงขอมลดงกลาวมาอกครงหนง รปแบบของการรบและสงขอมลมหลายรปแบบ (Protocol) เชน แบบหยดและรอ (Stop & Wait) แบบถอยหลง (Go-Back-N) และแบบเลอก

แหลงขาว (Source)

ภาคเขารหส (Encoder)

ภาคผสมสญญาณ (Modulator)

ชองสญญาณ (Channel)

ภาคแยกสญญาณ (Demodulator)

ภาคถอดรหส (Decoder)

ปลายทาง (Destination)

ภาคสง (Tranmitter)

ภาครบ (Tranmitter) สญญาณรบกวน

(Noise)


สง (Selective repeat) เปนตน การแกไขความผดพลาดแบบลวงหนา เปนการนำคณสมบตในการแกไขความผดพลาดมาใชงาน มการนำคำรหสทรบไดทภาครบมาประมวลผลเพอกำเนดบตขาวสารพรอมทงทำการแกไขบตขาวสารทคาดวาเกดความผดพลาดขน การแกไขความผดพลาดแบบลวงหนานยมแบงออกเปนสองประเภท ไดแก รหสแบบบลอก (Block code) และรหสคอนโวลชน (Convolution code) สำหรบรหสแบบบลอกเปนรหสทนำบตขาวสารมาแบงเปนบลอกยอย ๆ ซงมขนาดเทากนเพอนำมาเขาหรอถอดรหส ผลลพธทไดจากการทำงานของภาคเขาหรอถอดรหส ณ เวลาใด ๆ จะขนอยกบรปแบบของขอมลทปอนเขาสวงจร ณ ขณะนน รหสแตละประเภทมรปแบบการเขาและถอดรหสรวมทงมขดความสามารถของการปองกนความผดพลาดทแตกตางกน สำหรบรหสแบบคอนโวลชน เปนการเขารหสขอมลในลกษณะตอเนองมากกวารหสแบบบลอก มการนำอปกรณประเภท

หนวยความจำ (Memory) มาใชทภาคเขารหสเพอใหสามารถนำบตขาวสารทถกปอนเขาสวงจร ณ ในอดตมาคำนวณรวมกบขอมลทปอนเขามา ณ ปจจบน รหสคอนโวลชนถกพฒนาขนเพอรองรบการใชงานสำหรบระบบสอสารทมการสงขอมลดวยอตราเรวสงเชน ระบบสอสารผานดาวเทยมและระบบโทรศพทเคลอนท เปนตน ๖) ววฒนาการของรหสควบคมความผดพลาด Evolution of Error Control Coding พนฐานของรหสควบคมความผดพลาดเรมตนขนหลงจากการนำเสนองานวจยเรอง “A mathe matical theory of communication” [๑] ใน พ.ศ. ๒๔๙๑ โดย โคลด เอลวด แชนนอน ในบทความแสดงใหเหนวาการสงขอมลดวยอตราเรวตำกวาความจชองสญญาณ (Channel capacity) สามารถออกแบบรหสทสามารถทำใหระบบมอตราความผดพลาดบต

รหสควบคมความผดพลาด (Error Control Coding)

การแกไขความผดพลาด แบบสงซำอตโนมต

(Automatic Repeat Request)

การแกไขความผดพลาด แบบลวงหนา

(Forward Error Correction)

รหสแบบบลอก (Block code)

รหสแบบคอนโวลชน (Convolution code)

• แบบหยดและรอ (Stop & Wait) • แบบถอยหลง (Go-Back-N) • แบบเลอกสง (Selective repeat)

• รหสแฮมมง (Hamming code) • รหสไซคลก (Cyclic code) • รหสบซเอช (BCH code) • รหสรดโซโลมอน (Reed Solomon code) • รหสตรวจสอบพารตแบบความหนาแนนตำ (LDPC code) • ...

• รหสคอนโวลชน (Convolution code) • รหสทซเอม (Trellis-code Modultion) • รหสเทอรโบ (Turbo code) •...

รปท๕.๑ ประเภทของรหสควบคมความผดพลาด


เขาและถอดรหสมความซบซอนเพมขนไมมากเกนไป รหสทนยมนำมากระทำการคอนคาทเนชนไดแกรหสคอนโวลชนและรหสรดโซโลมอน ใน พ.ศ. ๒๕๑๗ งานวจยของเจ แอล แมสย (J. L. Massey) ไดกลาวถงการเพมขดความสามารถแกระบบสอสารดวยการนำการทำงานของการมอดเลตและรหสควบคมความผดพลาดมาออกแบบและใชงานรวมกน [๗] ซงตอมาใน พ.ศ. 2525 กอทไฟร อนเกอรโบรค (Gottfried Ungerboeck) [๘] ไดนำเสนอถงพนฐานของรหสแบบทซเอม (Trellis-Coded Modulation: TCM) สำหรบระบบสอสารทจำเปนตองสงขอมลดวยอตราเรวสงภายใตระบบสอสารทมขอจำกดในการสงสญญาณเปนพเศษเชน ระบบสอสารในอวกาศและการรบสงขอมลผานสายโทรศพทโดยใชอปกรณประเภทโมเดม เปนตน แนวคดเพอการออกแบบในลกษณะเดยวกนนกไดรบการนำเสนอเชนกนใน พ.ศ. ๒๕๒๐ โดย เอช อไม (H. Imai) และ เอส ฮราคาวา (S. Hirakawa) [๙] ตอมา พ.ศ. ๒๕๓๖ แอลง กลาวเออ (Alain Glavieux) โคลด แบรร (Claude Berrou) และ ปญญา ฐตมชฌมา ไดนำเสนอหลกการเขาและถอดรหสแบบเทอรโบ (Turbo code) [๑๐] เปนรหสซ งนำชด เข าและถอดรหสแบบอาร เอสซ (Recursive Systematic Convolution: RSC) จำนวนตงแตสองชดเปนตนไปมาทำงานรวมกนในลกษณะขนานและปรบรปแบบการถอดรหสใหมการทำงานเปนแบบวนซำ (Iterative decoding) รหสเทอรโบมขดความสามารถในการแกไขความผดพลาดสงมากเมอเปรยบเทยบกบรหสควบคมความผดพลาดรปแบบอน ๆ ณ ขณะนนและถกนำไปใชในระบบสอสารหลายรปแบบเชน ระบบโทรศพทเคลอนทยคทสาม (3G) ระบบแพรสญญาณวดทศนดจทลและระบบสอสารในอวกาศซงมระยะทางไกลมาก (Deep Space Communications) เปนตน นอกเหนอจากรหสเทอรโบแลวรหสตรวจสอบพารตแบบความหนาแนนตำกเปนรหสอกประเภททไดรบการกลาวถง รหสชนดนไดรบการพฒนาขนมาตงแต พ.ศ. ๒๕๐๕ โดย อาร จ กาลาเกอร (R. G. Gallager) [๑๑] ทวายงมการกลาวถงคอนขางนอย

อยในระดบตำตามทตองการได อยางไรกตามในบทความของแชนนอนมไดกลาวถงรปแบบของรหสทสามารถใชงานเพอใหบรรลขดจำกดดงกลาวได ดงนนในภายหลงจงไดมการคดคนรปแบบของรหสควบคมความผดพลาดในลกษณะตาง ๆ ขน งานวจยในชวงเรมแรกเปนการนำทฤษฏทางพชคณต (Algebraic theory) และทฤษฏความนาจะเปน (Probability theory) มาใชเพอพฒนารหสควบคมความผดพลาด รหสควบคมความผดพลาดรปแบบแรกท ไดรบการพฒนากคอรหสแฮมมง (Hamming code) พฒนาขนใน พ.ศ. ๒๔๙๓ โดย รชารด แฮมมง (Richard Hamming) เปนรหสแบบบลอกทมคณสมบตเชงเสน (Linear block code) และมความสามารถตรวจจบและแกไขความผดพลาดของขอมลไดหนงบตตอบลอก ในเวลาตอมา มการพฒนารหสแบบบลอกขนมาหลายชนด ใน พ.ศ. ๒๕๐๓ และ พ.ศ. ๒๕๐๒ อาร ซ โบส (R. C. Bose) กบ ด เค เรย ชอรฮร (D. K. Ray-Chaudhuri) และ เอ ฮอรคเคนแฮม (A. Hocquenghem) [๓][๔] ไดพฒนารหสสำหรบแกไขความผดพลาดตอบลอกไดมากกวาหนงบต ใน พ.ศ. ๒๕๐๓ ไอ เอส รด (I. S. Reed) และ จ โซโลมอน (G. Solomon) ไดนำเสนอรหสรดโซโลมอนซงมขดความสามารถในการแกไขความผดพลาดแบบตอเนอง (Burst error) มากสำหรบรหสแบบคอนโวลชนเรมไดรบการกลาวถงเปนครงแรกใน พ.ศ.๒๔๙๘ โดย พ อเลยส (P. Elias) [๖] ในภายหลงไดมการพฒนาการถอดรหสแบบคอนโวลชนขนหลายรปแบบเชน แบบซเควนเชยล (Sequential decoding) แบบเทรชโฮล (Threshold decoding) และ แบบไวเทอรบ (Viterbi decoding) เปนตนโดยทการถอดรหสแบบไวเทอรบเปนรปแบบการถอดรหสซงนยมใชงานมากทสดเนองจากใหผลลพธในการแกไขความผดพลาดทเหมาะสมในขณะทกระบวนการถอดรหสมความซบซอนไมมากเกนไป นอกเหนอจากการพฒนารหสแลว มการนำรหสตงแตสองรปแบบเปนตนไปมาทำงานรวมกนซงเรยกวาการคอนคาทเนชน (Concatenation) เพอใหมขดความสามารถในการแกไขความผดพลาดดยงขนในขณะทอปกรณสำหรบ


จนกระทงใน พ.ศ. ๒๕๓๙ ด เจ ซ แมกก (D. J. C. Mackey) และ อาร เอม นล (R. M. Neal) [๑๒] ไดนำรหสชนดนกลบมาใชงานอกครงหนง รหสรหสตรวจสอบพารตแบบความหนาแนนตำเปนรหสทไดรบความสนใจและนำไปประยกตใชในงานประเภทตาง ๆ เพราะใหผลลพธไดใกลเคยงกบขดจำกดตามทฤษฏขาวสารของแชนนอนรวมทงมโครงสรางของการถอดรหสทมความซบซอนนอยกวาภาคถอดรหสแบบเทอรโบ ในบางครงรหสตรวจสอบพารตแบบความหนาแนนตำถกเรยกวาเปนรหสกาลาเกอร (Gallager code) เพอใหเกยรตแก อาร จ กาลาเกอร ในฐานะผคนพบรหสชนดน ๗) การประยกตใชรหสควบคมความผดพลาด Applications of Error Control Coding เทคโนโลยสำหรบรหสควบคมความผดพลาดไดถ กพฒนาข นท ง ในลกษณของซอฟทแวร และฮารดแวร สำหรบซอรฟแวรนนสวนใหญมจำหนายหรอเผยแพรทวไปในลกษณะของโมดลหรอไลบราร (Library) เพอการศกษาเรองการออกแบบระบบขนตน สวนทางดานฮารดแวรนนถกตดตงในอปกรณสำหรบระบบสอสารและระบบจดเกบขอมลหลายประเภท อปกรณสำหรบเขาและถอดรหสอาจอยในรปของวงจรอเลกทรอนกส อปกรณประมวลผลสญญาณดจทล (Digital Signal Processing: DSP) เอฟพจเอ (Field Programmable Gate Array: FPGA) และ ไอซเฉพาะกจ (Application Specific Integrated Circuit: ASIC) สำหรบการนำรหสควบคมความผดพลาดมาใชในอปกรณจดเกบขอมลเชน ฮารดดสในเครองคอมพวเตอร เทปแมเหลกและคอมแพคดสกมกนำการแกไขความผดพลาดแบบลวงหนาแบบบลอกหลายรปแบบมาใชงาน มการนำรหสรหสรดโซโลมอน มาใชเพอแกความผดพลาดในอปกรณบนทกขอมลประเภทแผนแมเหลก (Magnetic disk) ซงมกเกดความผดพลาดแบบตอเนองและการสญหายของขอมล สำหรบการสอสารในอวกาศทมระยะทางไกลซงมขอจำกดเปนพเศษในเรองกำลงงานสำหรบสง

สญญาณ การเพมกำลงงานเพอสงสญญาณแคเพยงเลกนอยกสงผลใหมความจำเปนตองใชเงนเพมขนอยางมหาศาล มการนำรหสควบคมความผดพลาดหลายประเภทเชน รหสคอนโวลชนและรหสเทอรโบ มาใช เพอลดความตองการกำลงงานสำหรบสงสญญาณซงสามารถชวยลดตนทนของระบบสอสารได สำหรบภารกจตาง ๆ ขององคการบรหารอากาศยานและอวกาศ (National Aeronautics and Space Administration: NASA) ประเทศสหรฐอเมรกา เชนภารกจโวยาเจอร (Voyager) ใน พ.ศ. ๒๕๒๐ ภารกจไพโอเนยร ๙ (Pioneer 9) ใน พ.ศ. ๒๕๑๑ และภารกจไพโอเนยรทแซทเทอรน (Pioneer II Saturn) ใน พ.ศ. ๒๕๑๖ ไดนำรหสคอนโวลชนมาใชงาน ระบบสอสารในอวกาศตามมาตรฐานของหนวยงานคณะกรรมการทปรกษาระบบจดการขอมลในอวกาศ (Consultat ive Committee for Space Data Systems: CCSDS) กนำรหสเทอรโบมาใชงานเชนกน การสงขอมลดจทลผานสายโทรศพทซงมแบนดวดสำหรบการสงสญญาณคอนขางจำกดเมอเปรยบเทยบกบอตราเรวของการสงขาวสารมการนำรหสเทรลลสสำหรบการผสมสญญาณแบบหลายระดบมาใชงานในอปกรณรบและสงสญญาณทเรยกวาโมเดมตามมาตรฐาน ว ๓๒ (V.32) และ ว ๓๓ (V.33) สำหร บ โทรศพท เ คล อนท ย คท ส ามซ ง มมาตรฐานสำหรบระบบสอสารหลายรปแบบเชน มาตรฐาน ทเอส๒๕๒.๒๑๒ (TS25.212) ของระบบดบบลวซด เอมเอ (W-CDMA) ซ งกำหนดโดยสหพนธโทรคมนาคมนานาชาต (International Telecommunication Union: ITU) และ มาตรฐานซ.เอส๐๐๐๒-เอ (C.S0002-A) ของระบบซดเอมเอ๒๐๐๐ (CDMA2000) ของสมาคมอตสาหกรรมโทรคมนาคม (Telecommunication Industry Association: TIA) เปนตน มการนำรหสคอนโวลชนและรหสเทอรโบมาใชงาน มการนำรหสเทอรโบแบบบลอกไปใชในมาตรฐานไอทรปเปลอ ๘๐๒.๑๖ (IEEE 802.16) สำหรบเครอขายไรสายภายในเมองขนาดใหญ (Wireless Metropol i tan Area Network)


๘) จดหมายเหต (Milestones) หลกการของรหสควบคมความผดพลาดทมความสำคญมลำดบของการพฒนาดงตารางท ๘.๑

๒๔๙๑ โคลด เอลวด แชนนอนนำเสนอบทความเกยวกบทฤษฏขาวสาร (๑๙๔๘) ๒๔๙๓ รชารด แฮมมงพฒนารหสแฮมมง (Hamming code) (๑๙๕๐) ๒๕๐๒ อาร ซ โบส กบ ด เค เรย ชอรฮร และ เอ ฮอรคเคนแฮมพฒนารหสสำหรบ (๑๙๕๙) แกไขความผดพลาดมากกวาหนงบตตอบลอก ๒๕๐๓ ไอ เอส รด และ จ โซโลมอนพฒนารหสรดโซโลมอน (Reed Solomon code) (๑๙๖๐) ๒๔๙๘ พ อเลยส อสนำเสนอรหสคอนโวลชน (Convolution code) (๑๙๕๕) ๒๕๐๕ อาร จ กาลาเกอรนำเสนอรหสตรวจสอบพารตแบบความหนาแนนตำ (Low- (๑๙๖๒) Density Parity Check code: LDPC) ๒๕๒๕ กอทไฟร อนเกอรโบรคพฒนารหสทซเอม (Trellis-Coded Modulation: TCM) (๑๙๘๒) ๒๕๓๖ แอลง กลาวเออ (Alain Glavieux) โคลด แบรร (Claude Berrou) และ ปญญา (๑๙๙๓) ฐตมชฌมา นำเสนอรหสเทอรโบ (Turbo code) ๒๕๓๙ นำรหสตรวจสอบพารตแบบความหนาแนนตำกลบมาใชงานใหม (๑๙๙๖)

ตารางท ๘.๑ ลำดบการพฒนารหสควบคมความผดพลาด

พ.ศ. ลำดบเหตการณสำคญ

(ค.ศ.)


๙) บรรณานกรม [1] C. E. Shannon, “A mathematical theory of communication,” Bell Syst. Tech. J., Vol. 27, pp. 379-423 (Part one), pp. 623-656 (Part two), 1948. [2] M. Y. Rhee, Error-Correcting Coding Theory, McGraw-Hill publishing, 1989. [3]R. C. Bose, and D. K. Ray-Chaudhuri, “On a Class of Error-Correcting Binary Group Codes,” Inf. Control., pp. 68-79, 1960. [4]A. Hocquenghem, “Code Corecteurs d’erreurs,” Chiffers, pp. 144-156, 1959. [5]I. S. Reed, and G. Solomon, “Polynomial Codes over Certain Finites,” J. Soc. Ind. Appl. Math., pp. 38-49, 1959. [6]P. Elias, “Coding for noisy channels,” IRE Conv. Rec., pp. 37-46, 1955. [7]J. L. Massey, “Coding and modulation in digital communication,” Proc., 1974. [8]G. Ungerboeck, “Channel coding with multilevel/phase signals,” IEEE Trans. Inform. Theory, Vol. IT-28, No. 1, pp. 55-67, Jan. 1982. [9]H. Imai and S. Hirakawa, “A new multilevel coding method using error correcting codes,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. IT-23, pp. 371-377, 1977. [10]C. Berrou, A. Glavieux, P. Thitimajshima, “Near Shannon Limit Error-correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes,” Proc. in ICC’93, pp. 1064-1070, May 1993. [11]R. G. Gallager, “Low-density parity-check codes,”, IRE Trans. on Info. Theory, vol. IT-8, pp. 21-28, Jan. 1962. [12]D. J. C. Mackay and R. M. Neal, “Near Shannon limit performance of low density parity check codes,” Electron. Lett., vol. 32, pp. 1645–1646, Aug. 1996.


บทท xพนฐานการแผสเปกตรมสำหรบการสอสาร Fundamental of Spread Spectrum for Communications

กำพล วรดษฐ จฬาลงกรณมหาวทยาลย

๑) อภธานศพท (Glossary) การแผสเปกตรม (Spread Spectrum) เทคนคการสงสญญาณโดยกระจายการใชงานความถจากสญญาณขอมลทมแบนดวดทแคบไปยงสญญาณสงทมแบนดวดทกวางขนอยางมแบบแผน โดยยงคงใชพลงงานในการสงสญญาณเทาเดม สญญาณรบกวนชนดเกาสสขาวแบบบวก (Additive White Gaussian Noise: AWGN) สญญาณไมพงประสงคทปะปนกบสญญาณทตองการในลกษณะบวกทบกน ทำใหสญญาณทผรบไดรบผดเพยนไป โดยขนาดของสญญาณไมพงประสงคนมรปแบบการกระจายโอกาสแบบเกาสและมสเปกตรมระดบความเขมทคงทซงมาจากหลายแหลงกำเนดในธรรมชาต จงเปนอปสรรคทมอยในทกระบบการสอสาร อตราสวนกำลงสญญาณตอสญญาณรบกวน (Signal-to-Noise Ratio: SNR) อตราสวนระหวางกำลงของสญญาณทตองการตอกำลงของสญญาณรบกวนทเขามาในระบบ ใชเปนหนวยวดเพอทราบถงประสทธภาพของระบบการสอสารวามระดบการใชกำลงงานในการสงสญญาณหรอมระดบของสญญาณรบกวนทเขามาในระบบเทาใด

การแทรกสอด (Interference) สญญาณใดๆ ซงปะปนกบสญญาณขอมลทตองการ ขณะกำลงเดนทางในชองสญญาณระหวางผส ง แ ล ะผ ร บ ท ำ ให ส ญญาณข อ ม ล เ ก ด ค ว ามเปลยนแปลง ซงทำความเสยหายตอสญญาณขอมลทตองการ การแทรกสอดระหวางสญลกษณหรอไอเอสไอ (Inter-Symbol Interference: ISI) รปแบบของการผดเพยนของสญญาณโดยสญญาณของสญลกษณใดๆ ปะปนไปในสญญาณเดยวกนของสญลกษณลำดบถดๆไป ทำใหเกดความผดพลาดในการรบสญญาณ เชนการสะทอนของสญญาณการสอสารไรสายทมาจากแหลงเดยวกนแตมาถงผรบหลายเสนทางและมาถงเครองรบสญญาณไมพรอมกน


๒) บทคดยอ เทคโนโลยการแผสเปกตรมถกคดคนขนเพอประยกตใชสำหรบการสอสารไรสายในทางทหาร โดยใชเพอปองกนการดกรบสญญาณและการสงสญญาณรบกวนจากฝายตรงขาม ตอมาจงถกนำมาใชในเชงพาณชยโดยใชเพอเพมประสทธภาพการใชแถบความถหรอสเปกตรมซงเปนทรพยากรทมจำกดใหสามารถรองรบจำนวนผใชในระบบไดมากขน และใหมความทนทานตอความผดเพยนของสญญาณอนเกดจากการแพรกระจายของสญญาณททำใหเกดเปนสญญาณจากหลายเสนทางไปยงเครองรบปลายทาง โดยทสญญาณทรบจากแตละเสนทางมเวลาประวงหรอเวลาหนวงไมเทากนและสงผลใหเกดการรบกวนระหวางสญลกษณขน การแผสเปกตรมสามารถกระทำไดสองวธหลก คอการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมา และการแผสเปกตรมแบบลำดบตรง โดยในกรณแบบความถกระโดดไปมาเครองสงสญญาณจะสงสญญาณดวยความกวางแถบความถปกตในขณะหนง แลวยายแถบความถไปเรอยๆ สวนการแผสเปกตรมแบบลำดบตรงจะสงสญญาณดวยแถบความถทกวางกวาปกตมากตลอดเวลา การแผสเปกตรมเหลานมกใชรวมกบเทคโนโลยเครองรบสญญาณแบบเรคเพอลดโอกาสของความผดพลาดในการรบสญญาณ นอกจากนระบบโทรศพทเคลอนทแบบรวงผงหรอเซลลลารทใชเทคโนโลยการแผสเปกตรมมกมความสามารถในการควบคมกำลงสงของอปกรณสอสารเคลอนทใหพอด ไมมากเกนความจำเปน เพอลดสญญาณรบกวนในระบบและเพอยดระยะเวลาการใชแบตเตอรของอปกรณสอสารเคลอนท Abstract Originally, spread spectrum technology, to provide vital anti-jamming and low probability of interception, was invented for military applications in wireless communications. Another significant advantage is efficient bandwidth utilization including of high capacity, and immune to signal distortion from the multipath propagation or the inter-symbol interference. Typically, there are two spread spectrum methodologies which are frequency hopping and direct sequence. The first method is that to transmit signals over normal amount of bandwidth at a time, the carrier frequency is not constant but changes periodically by hoping to another frequency in a set of available frequency spectrum. Next, another is that a data sequence is encoded by spreading code, which is identical for each user, at a higher rate than the rate of the data. Therefore, the transmitted data are spread across the wideband spectrum. In order to reduce detection error in wireless communications where spread spectrum is applied, RAKE receiver is usually adopted. In addition, in the cellular mobile system with that spread spectrum technique there is a power control function used to mitigate interference from other users and to have a longer battery lifetime.

๓) บทนำ เทคโนโลยการแผสเปกตรมถกคดคนขนครงแรกเพอนำมาประยกตใชสำหรบระบบสอสารแบบไรสายในทางทหาร เนองจากระบบสอสารแบบไรสายนน สญญาณขอมลจะถกสงผานอากาศโดยแพรกระจายดวยคลนวทยมรศมครอบคลมบร เวณททำการสงสญญาณกวางจงทำใหการดกรบสญญาณ

หรอการสงสญญาณรบกวนจากฝายตรงขามสามารถทำไดคอนขางงาย ทำใหเกดมการคดคนเทคโนโลยการแผสเปกตรมเพอใหถกดกรบหรอตรวจจบสญญาณจากฝายตรงขามไดยาก และแมวาระบบสอสารทใชงานจะถกรบกวนจากสญญาณรบกวนทเกดขนทงจากธรรมชาตหรอทถกสรางขนจากฝาย


ตรงขาม กไมสามารถทจะรบกวนใหสญญาณเกดความเสยหายไดมากเพยงพอทจะเปนการรบกวนระบบการสอสารได ตอมาเทคโนโลยการแผสเปกตรมไดถกนำมาประยกตใชสำหรบการสอสารไรสายในเชงพาณชย ดวยคณลกษณะเดนของเทคโนโลยการแผสเปกตรมคอความสามารถลดความผดเพยนของสญญาณทเกดขนของระบบการสอสารแบบไรสายอนเนองมาจากปรากฏการณการแพรกระจายหลายเสนทาง (Multipath Propagation) และความสามารถในการรองรบผใชจำนวนหลายรายพรอมกนดวยความถแถบเดยวกนในเวลาเดยวกนได ซงสงผลในการชวยลดความซบซอนของระบบควบคมและจดสรรแถบความถใหกบผใชในเครอขาย การสงสญญาณดจทลตามปกตจะใชความกวางแถบความถหรอแบนดวดททเพยงพอกบอตราการสงสญญาณดจทล โดยจะไมใชแถบความถหรอแบนดวดททมากหรอนอยเกนไป เนองจากหากใชแถบความถทมากเกนไปจะเปนการสนเปลองทรพยากร หรอหากใชแถบความถทนอยเกนไปจะทำใหการสงขอมลผดพลาดได เพราะโดยธรรมชาตสญญาณขอมลทสงจะถกรบกวนดวยสญญาณรบกวนเกาสสขาวแบบบวก (Additive White Gaussian Noise: AWGN) อยเสมอ ซงจะเปนตวจำกดอตราการสงสญญาณดจทลสงสดทเปนไปไดทสมพนธกบความกวางแถบความถทใช ตามท โคลด แชนนอล (Claude E. Shannon) ไดพสจนไว [๑] เทคโนโลยการแผสเปกตรมจะใชแถบความถทมากกวาแถบความถทใชสำหรบการสงสญญาณดจทลตามปกต โดยทวไปจะใชแถบความถมากกวาถงพนเทา [๒] แตใชพลงงานในการสงสญญาณตำ ซงแตกตางจากการสงสญญาณดวยวธไมแผสเปกตรมทใชแถบความถแคบแตใชพลงงานในการสงสญญาณสง แสดงดงรปท ๓.๑ การแผสเปกตรมทำใหการรบกวนจากสญญาณรบกวนเกดขนกบสญญาณขอมลบางสวนเทานน โดยสญญาณขอมลสวนใหญจะไมถกรบกวน สงผลใหยงคงสามารถตดตอสอสารไดเปนปกต แตกตางจากวธการสงสญญาณโดยไมแผสเปกตรมซงขอมล

รปท ๓.๑ สเปกตรมระดบความเขมของสญญาณรบกวนเมอครอบคลมแถบความถดวยความกวางไมเทากน

สวนใหญจะถกรบกวนจนไมสามารถตดตอสอสารไดเปนปกต การยกตวอยางเปรยบเทยบเพออธบายถงความแตกตางของการสงสญญาณดวยวธไมแผสเปกตรม กบการสงสญญาณดวยวธแผสเปกตรมคอ การสงสญญาณดวยวธไมแผสเปกตรมซงสงดวยความถแคบเปรยบไดกบการสงกระจายเสยงดวยคลนวทยโดยใชความถเพยงชวงความถแคบๆ เชน อาจใชความถ เพยงสองสถาน คอ ๙๐ เมกกะเฮรตซ (MHz) กบ ๙๑ เมกกะเฮรตซ สวนกรณของการสงสญญาณดวยวธแผสเปกตรมซงจะสงดวยความถกวางมากเปรยบไดกบการสงกระจายเสยงดวยคลนวทยโดยใชความถของทกสถานคอ ตงแตความถ ๘๐ เมกกะเฮรตซ ถง ๑๐๘ เมกกะเฮรตซ ผลลพธทไดคอเมอสญญาณทสงออกไปแลวถกรบกวนดวยสญญาณรบกวนทมความถอยในชวง ๘๙ เมกกะเฮรตซ ถง ๙๑ เมกกะเฮรตซ จะทำใหในกรณของการสงสญญาณดวยวธไมแผสเปกตรมนนจะไมสามารถรบฟงสญญาณทออกอากาศไดเนองจากถกรบกวนดวยสญญาณรบกวนดงกลาว แตสำหรบในกรณของการสงสญญาณดวยวธแผสเปกตรมจะยงคงสามารถรบฟงสญญาณไดทความถของชองสญญาณทมไดถกรบกวน

การสงสญญาณ ดวยวธไมแผสเปกตรม

การสงสญญาณ ดวยวธแผสเปกตรม

ความ

เขม

ความถ


๔) หลกการทำงาน เทคโนโลยการแผสเปกตรม มเทคนคหลกในการแผสเปกตรมสองวธ คอการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมาหรอฟรเควนซซฮอปปง (Frequency Hopping: FH) และการแผสเปกตรมแบบลำดบตรงหรอไดเรกซซเควนซ (Direct Sequence: DS) [๓] ๔.๑ การแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมา การแผสเปกตรมแบบนจะกระทำทขนตอนการกลำสญญาณหรอมอดเลชน (Modulation) สญญาณขอมล (Data Signal) ซงอยในรปแบบดจทล กบสญญาณคลนพาห (Carrier Signal) ในกรณของการสงสญญาณดจทลแบบปกตทไมมการแผสเปกตรม ความถคลนพาหนจะมคาคงท ทำใหสญญาณขอมลจงถกกระจายอยทความถรอบๆความถคลนพาหนเทานน แตสำหรบในกรณของการสงสญญาณทมการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมา ความถคลนพาหจะถกเปลยนใหมความถสงขนหรอตำลง โดยการเปลยนความถจะมแบบแผนหรอรปแบบ ดงรป ๔.๑ ซงแสดงการเปลยนแปลงความถคลนพาหในการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมา การเปลยนแปลงความถคลนพาหใหสงขนหรอตำลง จะเปนไปในลกษณะสมเพอทำใหไมใหสามารถคาดเดาไดวา ความถคลนพาหจะถกเปลยนไปทความถใด ในทางปฏบตจะทำการแบงแถบความกวางความถทงหมดเปนแถบความถยอยทกวางเทากน โดยมความกวางแถบความถเพยงพอสำหรบการสงสญญาณ หลงจากนนจะกำหนดหมายเลขใหกบแตละแถบความถยอย ถดมาจงสมหมายเลขทกำหนดใหกบแตละแถบความถยอยนนนำมาเรยงตามลำดบทำใหเกดเปนรปแบบ (Pattern) และจะนำคลนพาหตามลำดบดงกลาวไปใชในการผสมสญญาณหรอมอดเลชน (Modulation) กบสญญาณขอมล เมอถงลำดบสดทายจะทำการวนซำเปนเชนนไปเรอยๆ โดยฝงทจะทำการรบสญญาณจะทราบถงลำดบการใชคลนพาหน ทำใหสามารถตรวจรบขอมลไดอยางถกตอง ประโยชนทไดจากการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมาประการแรกคอ สามารถปองกนการดกรบสญญาณ ซงหากใชการสอสารสญญาณดจทล

รปท ๔.๑ การเปลยนแปลงความถคลนพาหในการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมา

ตามปกต ผดกรบสญญาณสามารถใชเครองคนหาความถคลนพาหและอาจแยกสญญาณขอมลดจทลทตองการได แตดวยวธการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมา ทำใหแมวาจะใชเครองคนหาความถคลนพาห ความถคลนพาหจะเปลยนไปกอนทผดกรบสญญาณนำไปใชไดทน จงทำใหไมสามารถดกรบสญญาณทตองการได ประโยชนประการทสองคอ การส งสญญาณเพ อรบกวนจะกระทำไดยาก เนองจากแถบความถทตองการรบกวนนนเปลยน แปลงตลอดเวลาโดยไมทราบวา ณ ขณะนนใชความถใดในการสงสญญาณ โอกาสทจะสงสญญาณรบกวนตรงกบแถบความถทมการสงสญญาณในขณะนนจงตำมาก หรอหากเปลยนมาใชวธการสงสญญาณรบกวนใหครอบคลมแถบความถทกวางมากขนเพอเพมโอกาสทสญญาณรบกวนทสงจะตรงกบแถบความถทมการสงสญญาณ กจะมผลทำใหความเขมของสญญาณรบกวนตำลง จงทำใหประสทธภาพในการรบกวนตำ ประโยชนตอมาคอ เมอใชการแผสเปกตรมรวมกบการเขารหสชองสญญาณจะสามารถชวยแกปญหาการลดทอนของความเขมสญญาณซงเกดจากการแพรกระจายของสญญาณผานหลายเสนทาง ทมเวลาประวงไมเทากนได การลดทอนนเกดขนกบแตละแถบความถไมเทากน บางแถบความถมการลดทอนรนแรง บางแถบความถมการลดทอนเพยงเลกนอย หรอบางแถบความถกลบมความเขมสญญาณ

การกระจายความถทสมพนธกบเวลา

ความ

ถ

เวลา


เพมขน เนองจากคลนทสะทอนใกลไกลตางกนเดนทางมารวมกนทเครองรบมเฟสทตางกน ทำใหเกดการลดทอนมากนอยแตกตางกน ขนกบความตางเฟสของคลนทมารวมกน และความตางเฟสนแปรผนตามความถของคลน ดงความสมพนธการลดทอนสญญาณกบความถ ดงรปท ๔.๒ นอกจากนแถบความถทอยใกลกนมกจะมการลดทอนทใกลเคยงกน การแกปญหานสามารถทำไดโดยการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมารวมกบการเขารหสชองสญญาณ (Channel Coding) ตวอยางการเขารหสชองสญญาณแบบงายไดแก การสำเนาขอมลแลวสงดวยแถบความถคลนพาหทแตกตางกนดวยการแผสเปกตรมแบบความถกระโดดไปมา ทำใหเกดการกระจายความเสยง โดยความนาจะเปนทสำเนาทกๆ ชดของสญญาณจะเจอการลดทอนรนแรงทงหมดจะตำลง อยางไรกตามการเขารหสชองสญญาณทใชงานโดยทวไปจะไมใชวธการน เนองจากใหประสทธภาพตำ เพราะทำใหสงขอมลไดชาลงจากการสงสญญาณขอมลเดมซำ ๔.๒ การแผสเปกตรมแบบลำดบตรง การแผสเปกตรมแบบลำดบตรงมหลกการทำงานคอทำการแทนทบตขอมลแตละบตทจะสงดวยลำดบของบตดวยเวลาเทากน หรอแทนทจะทำการสงบตขอมลตามปกต เชน สงขอมลบตศนย (“0”) หรอสงขอมลบตหนง (“1”) กจะเปลยนเปนการสงลำดบบตเชน (“0000”) หรอสงลำดบบต

รปท ๔.๒ ความสมพนธของการลดทอนของความเขมสญญาณซงเมอใชความถคลนในการสงสญญาณตางกน ซงเกดการลดทอนทรนแรงไมเทากน

(“1111”) แทนตามลำดบ โดยสงใหเรวขนสเทาเพอใหใชเวลาเทาเดม ทำใหแถบความถทใชในการสงสญญาณมความกวางขนส เทา ซ ง เปนการแผสเปกตรม โดยลำดบบตทแทนขอมลบตศนย กบลำดบบตทแทนขอมลบตหนงนนจะตรงขามกนบตตอบต เชน การแทนทขอมลบตศนย และ ขอมลบตหนง ดวยลำดบบต (“0011”) กบลำดบบต (“1100”) ตามลำดบ เปนตน ทงนระบบทใชการแผสเปกตรมแบบลำดบตรงมกจะใชการกลำสญญาณทางเฟส หรอเฟสมอดเลชน (Phase Modulation) เพอใหระบบมความซบซอนตำ โดยสงคลนพาหตามปกตสำหรบการสงบตศนย และสงคลนพาหกลบเฟสสำหรบการสงบตหนง ดวยการกลำสญญาณทางเฟสนท เครองรบสญญาณ หากบตทสงเปนบตศนย จะแยกสญญาณออกจากคลนพาหไดเปนสญญาณบวก และหากบตทสงเปนบตหนง จะแยกสญญาณออกจากคลนพาหไดเปนสญญาณลบ ดงนนเครองรบสญญาณจะรบลำดบบต (“0000”) ไดเปนลำดบสญญาณ (“+ + + +”) และรบลำดบบต (“1111”) ไดเปนลำดบสญญาณ (“- - - -“) จากนนเครองรบสญญาณจะตองแปลงลำดบสญญาณทรบได กลบไปเปนขอมลบตตามเดมดวยสองขนตอน ขนตอนแรกคอการกลบเครองหมายลำดบสญญาณทรบไดตามลำดบบตทใชแทนบตศนย เชน (“0000”) หมายถง ไมกลบเครองหมายเลย แตถาลำดบบตทใชแทนบตศนย

เกดการลดทอนสญญาณ

ความถ

ความ

เขมส

ญญ

าณ


เปน (“0011”) จะตองกลบเครองหมายลำดบสญญาณทรบไดในสองบตหลง เปนตน ขนตอนทสองคอการรวมลำดบสญญาณทผานการกลบสญญาณตามขนตอนแรกแลวเขาดวยกน ถาผลรวมเปนบวก แปลความวาเครองสงสญญาณสงขอมลบตศนย แตถาผลรวมเปนลบ แปลความวาเครองสงสญญาณสงขอมลบตหนง ทงนเครองรบสญญาณจะแปลงลำดบสญญาณกลบเปนขอมลบตได จะตองทราบลำดบบตทเครองสงสญญาณกำลงใชแทนทบตศนยอย โดยเครองสงและเครองรบจะตองตกลงลำดบบตทจะใชกนไวลวงหนา และจะใหเครองดกรบสญญาณหรอเครองสงสญญาณรบกวนทราบลำดบนไมได หากเครองดกรบสญญาณไมทราบลำดบบตทเครองสงสญญาณกำลงใชแผสเปกตรมอย กจะไมสามารถแปลงลำดบสญญาณทไดรบกลบเปนขอมลบตได จงเปนการเขารหสลบประเภทหนง ดงนนประโยชนประการแรกของการแผสเปกตรมแบบลำดบตรงคอการปองกนการดกรบสญญาณ เพราะผดกรบสญญาณไมทราบลำดบบตท ใชอย ทำใหไมสามารถแปลความสญญาณทดกรบมาได โดยทวไปการแผสเปกตรมจะใชลำดบของบตทมความยาว ซงจะสงผลใหการแผสเปกตรมกวางขน จงเกดประโยชนคอ การสงสญญาณเพอรบกวนกระทำไดยากเนองจากแถบความถทใชนนมความกวางกวาปกต หากจะสงสญญาณรบกวนใหครอบคลมแถบความถทใชงานอยทงหมด จะตองใชสญญาณรบกวนทมแถบความถกวางมากซงจะทำใหสญญานรบกวนมขนาดความเขมตำ หรอในทางกลบกนหากสมเลอกแถบความถแคบๆเพอใหไดสญญาณรบกวนทมความเขมสงกจะทำใหรบกวนเฉพาะแถบความถท ใชงานบางสวนเทานน เมอเครองรบสญญาณทำการแปลงลำดบสญญาณทไดรบกลบเปนขอมลบต จะยงคงไดรบผลกระทบจากสญญาณรบกวนนนนอย เนองจากในขนตอนท เครองรบสญญาณทำการรวมลำดบสญญาณทกลบเครอง หมายแลว สญญาณรบกวนมกจะเกดการหกลางกน ทำใหความเขมของสญญาณรบกวนนนลดลงดวย ประโยชนท สำคญอกประการของการแผ

สเปกตรมแบบลำดบตรงคอ หากมการสงขอมลจากผใชมากกวาหนงรายสงสญญาณไปบนแถบความถเดยวกนในเวลาเดยวกนแลว เครองรบสญญาณสามารถแยกความปะปนน ได ในการทจะไดประโยชนน ลำดบของบตทใชในการแผสเปกตรมของทกๆเครองสงสญญาณทสงออกมาพรอมกนตองถกเลอกใหมคณสมบตพเศษคอ เมอเครองรบสญญาณทำการแปลงลำดบสญญาณทไดรบกลบไปเปนขอมลบตแลว สญญาณสวนทมาจากผสงสญญาณอนทไมใชผสงทตองการจะถกหกลางกนเปนศนยหรอไมมคา ดงตวอยาง หากมเครองสงสญญาณอยสองเครอง และลำดบบตทใชในการแผสเปกตรมยาว ๔ บต กอาจจะใหเครองสงสญญาณทหนง ใชลำดบบตแทนขอมลบตศนย ดวย (“0000”) และใหเครองสงสญญาณทสอง ใชลำดบบตแทนขอมลบตหนง ดวย (“0011”) ซ งจะทำให เมอเครองรบสญญาณตองการเลอกรบขอมลจากเครองสงสญญาณทสอง แลวจะทำการกลบเครองหมายลำดบสญญาณทรบไดสองบตทายแลวคอยรวมลำดบสญญาณ ซงหากเครองสงสญญาณทหนงสงขอมลบตศนยปะปนเขามา เครองรบสญญาณจะไดรบลำดบสญญาณเปน (“+ + + +”) ปะปนเขามา เมอกลบเครองหมายสญญาณสองบตทายเปน (“+ + - -“) แลวรวมเขาดวยกน กจะหกลางเปนศนยไป หรอหากเครองสงสญญาณทหนง สงขอมลบตหนงปะปนเขามา เครองรบสญญาณจะไดรบลำดบสญญาณเปน (“- - - -“) ปะปนเขามา เมอกลบเครองหมายสญญาณสองบตทายเปน (“- - + +”) แลวรวมเขาดวยกน กจะหกลางเปนศนยไปอกเชนกน นอกจากนการเลอกลำดบบตมจำเปนตองเลอกใหเกดการหกลางโดยสมบรณแบบ โดยอาจทำใหเกดการหกลางแบบเกอบสมบรณแบบแทนได [๕] ทงนมการตงชอหนวยของบตดงกลาวแตละบตในลำดบบตวา “ชป (chip)” เชน ลำดบบต (“1001”) มจำนวน ๔ ชป เปนตน ๕) เทคโนโลยทเกยวของ การแผสเปกตรมนนมการใชเทคนคตางๆ ทเกยวของ เชนการใชเครองรบสญญาณแบบเรค การ


ควบคมกำลงในการสงสญญาณ รายละเอยดดงน ๕.๑) เครองรบสญญาณแบบเรค (RAKE Receiver) ในระบบการสอสารไรสาย สญญาณทสงจากเครองสงจะเดนทางไปถงเครองรบสญญาณเปนเสนตรงรวมทงสญญาณทเกดการสะทอนกบวตถในสภาพแวดลอม ซงเรยกวาเปนปรากฏการณการแพรกระจายของสญญาณผานหลายเสนทางทมเวลาประวงไมเทากน สวนของสญญาณทเดนทางผานหลายเสนทางจะรวมเขากบสญญาณทเดนทางเปนเสนทางตรง สงผลทำใหสญญาณทรบไดทเครองรบอาจมขนาดความแรงของสญญาณเพมขน หรอลดลงได นอกจากนสญญาณทเดนทางผานหลายเสนทางทม เวลาประวงตางกนอาจจะรวมปะปนเขากบสญญาณขอมลในสวนถดๆไป เกดเปนการรบกวนระหวางสญลกษณ (Inter-Symbol Interference: ISI) ซงอาจจะสงผลทำใหเกดขอผดพลาดในการรบสญญาณได การแกปญหาการรบกวนระหวางสญลกษณสามารถทำไดสองวธ วธแรกนนจะพจารณาวาการรบกวนนเปนสงทตองกำจดดวยการออกแบบวงจรทเครองรบสญญาณเพอกำจดการรบกวนระหวางสญลกษณดงกลาว อกวธหนงจะพจารณาวาการรบกวนนเปนสงทจะสามารถนำมาใชประโยชนได ดงนนจงตรวจจบสญญาณทเดนทางมาดวยเวลาประวงตางๆ มาทำการหนวงเวลาอยางเหมาะสมเพอใหเกดการรวมกนในลกษณะทอาจจะทำใหความแรงของสญญาณเพมขน [๖] ซงเรยกเครองรบสญญาณนวา เครองรบสญญาณแบบเรค เครองรบสญญาณแบบเรคไดมการนำมาประยกตใชกบการแผสเปกตรมแบบลำดบตรง โดยเครองรบจะรวมสญญาณจากทกเสนทาง ทงนอาจจะรวมสญญาณเฉพาะทมาจากเสนทางลำดบแรกๆ หรอรวมสญญาณเฉพาะทมาจากเสนทางทมความเขมของสญญาณมากทสดจำนวนหนง โดยขนอยกบขดจำกดของอปกรณวาสามารถรองรบความซบซอนไดมากนอยเพยงใด ๕.๒) การควบคมกำลงในการสงสญญาณ (Power Control) ในระบบโทรศพทเคลอนทแบบรวงผง หรอเซลลลาร (Cellular Mobile Telephone)

อาจจะมผใชงานระบบพรอมๆกนเปนจำนวนมาก และผใชแตละรายอยในตำแหนงทแตกตางกน ซงสงผลทำใหสญญาณทรบไดมขนาดกำลงของสญญาณไมเทากน การสงสญญาณดวยกำลงสงทมากเกนไปของผใชรายใดรายหนงอาจไปรบกวนสญญาณของผใชรายอน จงตองมการควบคมขนาดกำลงสงไมใหมากเกนความจำเปน นอกจากนยงสงผลดตอการยดระยะเวลาการใชพลงงานจากแบตเตอรของอปกรณสอสารเคลอนทไดนานขนดวย ระบบการควบคมกำลงในการสงสญญาณของระบบโทรศพทเคลอนทแบบเซลลลารทใชเทคโนโลยการแผสเปกตรมนจะกระทำทสถานฐาน (Base Station) ซงจะคำนวณคากำลงสงทพอเหมาะสำหรบแตละอปกรณสอสารเคลอนทของผใชแตละราย แลวแจงคากำลงสงนนกลบไปยงแตละอปกรณสอสารเคลอนทเพอใหใชคาดงกลาวในการสงดวยกำลงสญญาณทพอเหมาะ [๒] ๖) ระบบสอสารทนำมาประยกตใชงาน ระบบสอสารทนำเทคโนโลยการแผสเปกตรมมาประยกตใชงานไดแก เทคโนโลยไรสายบลทธ (Bluetooth) ซงใชสำหรบการสอสารไรสายในระยะใกล เชนการสอสารระหวางอปกรณ ไดแก คอมพวเตอร โทรศพทเคลอนท เครองพมพ หฟงซงสอสารกบตวเครองโทรศพทเคลอนทเปนตน รวมทงระบบโทรศพทเคลอนทจเอสเอม (Global System for Mobile Communications: GSM) ซงนำเทคโนโลยการแผสเปกตรมมาประยกตใช โดยใชแบบความถกระโดดไปมา เพอประโยชนในการลดความผดพลาดในการรบสญญาณทเกดจากการแพรกระจายของสญญาณผานหลายเสนทางทมเวลาประวงไมเทากน และเพอหลกเลยงสญญาณรบกวนจากผใชรายอนทใชความถเดยวกน ระบบโทรศพทเคลอนทซด เอมเอ (Code Division Multiple Access: CDMA) ใชการแผสเปกตรมแบบลำดบตรงเพอใหสามารถรองรบจำนวนผใชเพมขน และเพอใหผใชงานสามารถใชโทรศพทเคลอนทรบสงขอมลไดดวยความเรวสง


๗) จดหมายเหต (Milestones) ตาราง ๗.๑ แสดงลำดบเหตการณสำคญทเกยวของกบเทคโนโลยการแผสเปกตรม

ป พ.ศ. ลำดบเหตการณสำคญ

(ค.ศ.) ๒๕๒๓ บรษทฮวเลตต-แพคการด (Hewlett-Packard) และหองปฏบตการเบลล (Bell (1980) Laboratories) ทดลองทำระบบสอสารภายในอาคารซงใชการแผสเปกตรม แตไมได พฒนาเชงพาณชย ๒๕๒๘ บรษทควอลคอม (Qualcomm) พฒนาระบบโทรศพทเคลอนทซงใชการแผสเปกตรม (1985) โดยใหความจมากกวาโทรศพทเคลอนทแอนะลอกถงยสบเทา ๒๕๓๖ ประเทศสหรฐอเมรกาออกมาตรฐานระบบโทรศพทเคลอนทคอ ไอเอส-95 (IS-95) (1993) ซงใชเทคโนโลยการแผสเปกตรม ๒๕๔๐ ประเทศไทยเรมวางเครอขายการสอสารระบบโทรศพทเคลอนทซดเอมเอโดยการ (1997) สอสารแหงประเทศไทย (ในขณะนน) ๒๕๔๒ มาตรฐานซดเอมเอ 2000 (CDMA2000) ฉบบแรกไดถกรางขน เกดจากการรวมกลม (1999) ของบรษทลเซนต (Lucent) โมโตโรลา (Motorola) นอรเทล (Nortel) และควอลคอมม (Qualcomm) และไดรบการรบรองในภายหลงโดยสมาคมอตสาหกรรมการสอสาร โทรคมนาคม (Telecommunications Industry Association: TIA)

๘) บรรณานกรม [๑] Claude E. Shannon and Warren Weaver. The Mathematical Theory of Communication, Urbana: University of Illinois Press, 1963. [๒] Marvin K. Simon, Jim K. Omura, Robert A. Scholtz and Barry K. Levitt. Spread Spectrum Communications Volume II, Rockville: Computer Science Press, 1985. [๓] Richard van Nee and Ramjee Prasad. OFDM for Wireless Multimedia Communications: Artech House, 2000. [๔] Andreas F. Molisch. Wireless Communications, West Sussex: Wiley-IEEE Press, 2005. [๕] Dilip V. Sarwate and Michael B. Pursley, “Crosscorrelation properties of pseudorandom and related sequences,” Proceedings of IEEE, vol. 68, pp. 593-619, May 1980. [๖] Robert Price and Paul E. Green, Jr., “A Communication Technique for Multipath Channels,” Proceedings of IRE, vol. 46, pp. 555-570, March 1958.



บทท xหลกการของซดเอมเอ Principle of Code Division Multiple Access: CDMAชวลต เบญจางคประเสรฐ สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง

๑) อภธานศพท (Glossary) การรวมใชชองสญญาณแบบเขารหส (Code Division Multiple Access: CDMA) การใชชองสญญาณรวมกนของผใชแตละราย โดยการกำหนดรหสซงใชในการแผสเปกตรมทแตกตางกนใหกบผใชแตละราย ทำใหแมวาจะใชชองสญญาณรวมกนยงสามารถแยกแยะผใชแตละรายนนออกจากกนได การรวมใชชองสญญาณแบบแบงความถ (Fre quency Division Multiple Access: FDMA) การใชชองสญญาณรวมกนของผใชแตละราย โดยการแบงความถของชองสญญาณทใชเปนความถยอยแลวกำหนดความถยอยนนใหกบผใชแตละราย ทำใหสามารถรองรบผใชไดตามจำนวนความถยอยทกำหนดนนได การรวมใชชองสญญาณแบบแบงเวลา (Time Division Multiple Access: TDMA) การใชชองสญญาณรวมกนของผใช โดยการแบงเวลาในการเขาใชชองสญญาณของผใชเปนชวงเวลายอย (Time slot) แลวกำหนดชวงเวลายอยนนใหกบผใชแตละราย ทำใหสามารถรองรบผใชไดตามจำนวนชวงเวลายอยทไดกำหนดนน การมอดเลชนแบบแผสเปกตรม (Spread Spectrum Modulation) การเขารหสสญญาณขาวสารดวยสญญาณ รหสแผทมคณสมบตมความเปนอสระกบรหสแผของผใชรายอนและมความกวางของสเปกตรมมากกวา

สญญาณขอมลมาก สงผลทำใหกำลงของสญญาณขอมลมการแผออกตลอดชวงของความกวางแถบของสญญาณรหสแผ การแผแบบไดเรกซเควนซ (Direct-Sequence Spread Spectrum: DSSS) การรวมใชชองสญญาณดวยวธการแผสเปกตรมสญญาณขอมลกบรหสแผซ งมความกวางแถบสญญาณสงกวาของสญญาณขอมลมาก ทำใหสญญาณทไดมคาความหนาแนนกำลงงานตำอนจะสงผลใหการรบกวนสญญาณและการดกจบสญญาณเปนไปไดยาก วธการกระโดดเปลยนทางความถหรอ ฟรเควนซซฮอปปง (Frequency Hopping: FH) เทคนคทใชในการสอสารไรสายวธหนง โดยในชวงเวลาหนงความถพาหจะมคาเทากบคาใดคาหนง แตในชวงเวลาถดมาความถพาหจะยายหรอกระโดดไปยงความถอนซงมคาใหมโดยมความถเทากบคาใดคาหนงแทน โดยมรปแบบ (Pattern) ของการกระโดดหรอเปลยนจากความถหนงไปยงอกความถหนงตามทกำหนด รหสเชงตงฉาก (Orthogonal Code) รหสซงมคณสมบตตงฉากกนระหวางชดรหส ถกนำมาใชกำหนดใหกบผใชแตละรายในการแผสเปกตรมเนองจากคณสมบตตงฉากกนระหวางรหสจงสามารถนำมาใชในการแยกขอมลของผใชแตละรายออกจากกนดงคณสมบตดงกลาว


ชดลำดบสญญาณรบกวนแบบสมเทยมหรอ พเอนซเควนซ (Pseudorandom Noise-sequence: PN-sequence) ชดลำดบทเกดจากการสรางดวยวธการสมโดยมคาสหสมพนธขามระหวางรหสไมเทากบศนย หรอชดรหสแตละชดทไดยงคงมความสมพนธโดยไมตงฉากกนอยางแทจรงและ มคณสมบตคลายกบสญญาณรบกวน

ปรากฎการณใกล-ไกล (Near-Far Effect) ผลกระทบทเกดจากอทธพลของระยะทางจากเครองสงทอยใกลและไกลโดยทการแยกสญญาณทรบไดทเครองรบจากเครองสงทอยไกลจะเปนไปไดลำบากขนเนองจากผลของการรบกวนอนเกดจากความแรงของสญญาณจากเครองสงอนทอยใกลเครองรบมากกวา

๒) บทคดยอ เทคโนโลยซดเอมเอเปนรปแบบการมอดเลชนหรอการกลำสญญาณและวธการรวมใชชองสญญาณทใชในระบบโทรศพทเคลอนทวธหนง โดยการอาศยเทคนคการแผสเปกตรมดวยรหสแผทกำหนดใหกบผใชแตละรายทแตกตางกน ทำใหผใชทกรายใชทรพยากรความถคอแบนดวดทรวมกนไดในเวลาเดยวกน ดวยเทคนคการแผสเปกตรมดวยการมอดเลตสญญาณขอมลดวยรหสแผซงมแบนดวดทมากกวาแบนดวดทสญญาณขอมลมาก ทำใหเทคโนโลยซดเอมเอสามารถรองรบผใชบรการจำนวนมาก พรอมกนไดในเวลาเดยวกน เทคโลยซดเอมเอไดรบการพฒนาเปนมาตรฐานซดเอมเอ-2000 (CDMA2000) และไวดแบนดซดเอมเอ (WCDMA) เพอใชสำหรบการสอสารโทรศพทเคลอนทในยคทสาม Abstract Code division multiple access (CDMA) is a form of modulation technique for multiple access to a physical medium such as a radio channel. This technique is based on spread spectrum method by using spreading code for each user. It results in different users use the spectrum frequency at the same time. CDMA is a form of spread spectrum signaling since the spreading signal has a much higher bandwidth than the data being communicated. CDMA has been developed to be two standards as CDMA2000 and WCDMA for using in the third generation mobile communication system.

๓) บทนำ เทคนคการรวมใชชองสญญาณในระบบสอสาร มวตถประสงคเพอใหผใชบรการหลายรายสามารถเขาใชบรการพรอมกนไดในเวลาเดยวกน ซงเปนการเพมความจของชองสญญาณในระบบสอสาร เทคนคการเขาถงหลายทางทนยมใชสำหรบการสอสารในระบบโทรศพทเคลอนท คอ การรวมใชชองสญญาณแบบแบงความถ (Frequency Division Multiple Access: FDMA) วธนเเตละชองสญญาณจะผลดเปลยนการใชงานทความถไมตรงกน เพอรบสง

สญญาณแบบแอนะลอก สำหรบเทคนคการรวมใชชองสญญาณแบบแบงเวลา (Time Divis ion Multiple Access: TDMA) วธนเเตละชองสญญาณจะผลดเปลยนกนใชความกวางแถบทมชวงคาบเวลาไมตรงกนในการรบสงสญญาณแบบดจทล จากความตองการความจของระบบทเพมขนและความตองการเพมอตราการรบสงขอมลใหเรวขนเทคนควธหนงทนำมาใชคอ การรวมใชชองสญญาณแบบเขารหส (Code Division Multiple Access: CDMA) วธน


เเตละชองสญญาณจะใชความกวางแถบความถรวมกนในเวลาเดยวกน โดยผใชแตละรายจะใชรหสในการแผสเปกตรมทแตกตางกน ดงรปท ๓.๑ แสดงวธการเขาใชชองสญญาณดวยเทคนคตางๆ ดงกลาว ๔) เทคนคการรวมใชชองสญญาณแบบเขารหส เทคนคการรวมใชชองสญญาณแบบเขารหสหรอ ซด เอมเอ เปนวธการท ใหผ ใชทกรายใชทรพยากรคอแถบความถและเวลารวมกน โดยขอมลของผใชแตละรายในระบบจะถกแยกจากกนดวยชดรหสเฉพาะสำหรบผใชแตละราย การเขารหสทำไดโดยการเเผสเปกตรมของสญญาณขอมลดวยรหสแผซงเรยกวา การมอดเลตเเบบแผสเปกตรม (Spread Spectrum Modulation) ซงมวธการทนยมใชในการแผสเปกตรมดงกลาวสองวธคอ วธการจดลำดบการเขาถงโดยตรงหรอ ไดเรกซเควนซซดเอมเอ (Direct-Sequence CDMA: DS-CDMA) และฟรเควนซซฮอปปงหรอ วธการกระโดดเปลยนทางความถ (Frequency Hopping : FH) การรวมใชชองสญญาณแบบเขารหสนน ผใชแตละรายจะถกกำหนดดวยลำดบรหส (Code Sequence) ทแตกตางกน ทำใหสามารถรบสญญาณและใชคณลกษณะของรหสทแตกตางกน

ของผใชในการถอดรหสเพอใหไดขอมลเดมของผใชรายทตองการกลบมา โดยความกวางแถบความถของสญญาณรหสดงกลาว มคามากกวาความกวางแถบความถของสญญาณขอมลมาก จงมลกษณะทำใหเกดการแผของสเปกตรมของสญญาณขอมลดวยรหสดงกลาว เทคนคการมอดเลตแบบแผสเปกตรมไดพฒนาขนครงแรกเพอใชงานทางดานการทหาร เนองจากเทคนคการมอดเลตดงกลาวสามารถปองกนการสงสญญาณเพอรบกวนระบบการสอสาร (Jamming) ไดด และเกดโอกาสนอยในการถกดกจบสญญาณ ดวยเหตผลดงกลาวจงไดรบการพฒนาและถกนำมาใชงานในเชงพาณชยสำหรบระบบโทรศพทเคลอนท วธการมอดเลตแบบแผสเปกตรม จะทำการเขารหสสญญาณขาวสารดวยสญญาณรหสแผทมคณสมบตมความเปนอสระกบรหสแผของผใชรายอนและมความกวางของสเปกตรมมากกวาสญญาณขอมลมาก สงผลทำใหกำลงของสญญาณขอมลมการแผออกตลอดชวงของความกวางแถบของสญญาณรหสแผนน และทำใหสญญาณสเปกตรมแผมความหนาแนนกำลงงาน (Power Spectral Density) ลดลง ซงเปนสาเหต ใหการรบกวนสญญาณและการดกจบสญญาณในการทหารเพอทราบขอมลการสอสารของฝายตรงขามเปนไปไดยาก

รปท ๓.๑ เทคนคการเขาใชชองสญญาณดวยวธการรวมใชชองสญญาณแบบแบงความถ (FDMA) การรวมใชชองสญญาณแบบแบงเวลา (TDMA) และการรวมใชชองสญญาณแบบเขารหส (CDMA)


๔.๑ การมอดเลตแบบแผสเปกตรม การรวมใชชองสญญาณแบบเขารหสแบงตามวธการมอดเลตไดเปนสองประเภทหลกคอ วธไดเรกซเควนซซดเอมเอและ วธฟรเควนซซฮอปปง ๔.๑.๑ การรวมใชชองสญญาณแบบเขารหสดวยวธไดเรกซเควนซซดเอมเอ (DS-CDMA) สญญาณขอมลจะถกมอด เลตโดยตรงกบสญญาณรหสแผ โดยสญญาณขอมลดงกลาว โดยการนำสญญาณขอมลทตองการสงมาแผสเปกตรมดวยรหสแผ สญญาณขอมลทไดผานการแผสเปกตรมดวยรหสแผดงกลาวจะมแถบความถกวาง และเรยกวาการรวมใชชองสญญาณแบบเขารหสดวยวธการจดลำดบการเขาถงโดยตรง ดงรปท ๔.๑ ซงแสดงเครอง

สงและเครองรบสญญาณ อธบายไดโดยสญญาณขอมลจะถกนำคณดวยสญญาณรหสแผ ซงสญญาณรหสนประกอบดวยบตตาง ๆ ของรหส หรอเรยกวาชป (Chip) ซงอาจจะมคาเปน + ๑ หรอ – ๑ และเพอทจะใหไดการแผของสญญาณทมแถบความถกวาง อตราชป (Chip Rate) ของสญญาณรหสจะตองสงกวาอตราบตของสญญาณขอมลมาก ๔.๑.๒ การรวมใชชองสญญาณแบบเขารหสดวยวธฟรเควนซซฮอปปง (FH-CDMA) วธฟรเควนซซฮอปปง ความถของสญญาณพาหท ใชมอด เลตกบสญญาณขอมล จะมคาไมคงทเปลยนไปตามคาบเวลา นนคอในชวงเวลาหนง ความถพาหจะมคาเทากบคาหนง แตในชวงเวลาถดมา ความถพาหจะกระโดดเปลยนไปยงความถอน หรอมคาใหมโดยมความถเทากบคาหนง โดยมรปแบบ (Pattern) ของการกระโดด หรอเปลยนจากความถหนงไปยงอกความถหนง สำหรบผใชแตละรายทแตกตางกน โดยกลมของความถพาหทมทงหมด เรยกวา เซตของการกระโดด (Hop Set) ซงการครอบครองความถของผใชแตละราย จะแตกตางจากกรณของไดเรกซเควนซซดเอมเอ โดยวธไดเรกซเควนซซดเอมเอ จะใชแถบความถทงหมดในการสงขอมล ในขณะทวธฟรเควนซซฮอปปง จะใชแถบความถเพยงสวนเลกๆ ของความกวางแถบความถเพอใชในการสง โดยความถจะเปลยนแปลงไปตามเวลาทตางกน ดงแสดงในรปท ๔.๒

การมอดเลต รหสแถบกวาง

ตวกอกำเนดรหส

ตวกอกำเนดคลนพาห

ขอมล

ก) บลอกไดอะแกรมของเครองสง DS-CDMA

รปท ๔.๑ เครองสงและเครองรบสญญานแบบเขารหส ดวยวธไดเรกซเควนซซดเอมเอ (DS-CDMA)


การมอดเลต รหสแถบกวาง

ขอมล

การซงโครไนซและการ

ตดตามรหส


ข) บลอกไดอะแกรมของเครองสง DS-CDMA

รปท ๔.๒ การครอบครองความถของวธฟรเควนซซฮอปปง

ความ

ถ

เวลา

ตวกอกำเนดขอมล

การมอดเลต ขอมล


๔.๒ รหสแผ (Spreading Code) ในระบบไดเรกซเควนซซดเอมเอ รหสแผจะถกนำมาใชเพอแบงแยกผใชแตละรายออกจากกน รหสแผทดจะมคณสมบตตงฉากกน (Orthogonal) หรอมคาสหสมพนธขาม (Cross Correlation) ระหวางรหสเปนศนย อยางไรกตามรหสแผทดนนมกออกแบบไดยาก อกทงมจำนวนชดรหสใหใชไดจำกด และอาจตงฉากกนอยางไมสมบรณเนองจากสภาพแวดลอมเชน มคาประวงเวลาทไมเทากน ผลของชองสญญาณทำใหสญเสยความตงฉาก ตวอยางรหสแผทนยมใชมสองชนด คอ ๔.๒.๑ รหสเชงตงฉาก (Orthogonal Code) เปนรหสทมคาสหสมพนธขามระหวางรหสเปนศนย ตวอยางรหสชนดน ไดแก รหสวอลทฮาดามาด (Hadamard Walsh Code) [๒] เปนตน

๔.๒.๒ พเอนซเควนซ (Pseudorandom Noise-sequence: PN-sequence) เปนรหสทมคณสมบตคลายกบสญญาณรบกวน ซงเปนกระบวน การแบบสม เปนรหสทตงฉากกนอยางไมสมบรณ ตวอยางรหสชนดน ไดแก เอมซเควนซ (Maximal Length-Sequence: M-Sequence) รหสโกลด (Gold Code) และชดรหสคาซาม (Kasami Seq uence) [๒] เปนตน ๔.๓ การสงและรบสญญาณเบสแบนด ขนตอนทสำคญในการสอสารขอมลในระบบไดเรกซเควนซซดเอมเอคอ การแผหรอการสเปรด (Spreading) และการรวมกลบหรอการดสเปรด (Despreading) การสเปรดเปนกระบวนการทผใชแตละคนใชในการสงขอมลเขาสชองสญญาณไปยงผรบท เครองรบปลายทาง และการดสเปรดเปน

ข) ลกษณะสญญาณ

สญญาณท

ผานสเปรด

รหสแผ

ขอมล

รปท ๔.๒ ตวอยางการแผสญญาณ

ก) ขนตอนการแผ (Spreading)


สญญาณขอมล ทไดรบทเครองรบ

สญญาณรหสแม

สญญาณทไดเมอผาน การดสเปรด

กระบวนการทใชท เครองรบสำหรบประมาณบตขอมลของผใชทสนใจ การรวมใชชองสญญาณดวยวธการแผสเปกตรมเปนมาตรฐานของระบบโทรศพทเคลอนทซดเอมเอซงมขนตอนดงน ๔.๓.๑ ขนตอนการแผ (Spreading) ขนตอนในการสรางสญญาณเบสแบนดของผใชแตละราย เรมตนดวยการนำขอมลทตองการสงทอยในรปของสญญาณดจทล ซงมอตราบตขอมลตำ นำมาแผสเปกตรมกบรหสแผซงมอตราบตขอมลทสง ผลทไดคอสญญาณทไดจะมอตราการสงสงกวาขอมลทตองการสงมาก ดงรปท ๔.๓ ๔.๓.๒ ขนตอนการแผกลบหรอ ดสเปรด (Despreading) เปนขนตอนในเครองรบ ขนตอนนเรมตนจาก

การรบสญญาณขอมลในหนงคาบเวลาแลวนำมาคำนวณหาคาสหสมพนธ (Correlation) ระหวางสญญาณดงกลาวกบรหสแผของผใชทตองการ จากนนหาคาเฉลยของสญญาณในหนงคาบเวลาของบตขอมลทตองการ ดงรปท ๔.๓ ๔.๓.๓ คณสมบตของไดเรกซเควนซซดเอมเอ (DS-CDMA) ฃไดเรกซเควนซซดเอมเอมลกษณะเดนคอ การสร า งสญญาณท ถ ก เ ข า รห สทำ ได ง า ย โดย ใชกระบวนการคณธรรมดา วงจรสงเคราะหความถเปนวงจรท ไมซบซอนเนองจากใชความถพาหเพยงความถเดยว สามารถดมอดเลตสญญาณสเปกตรมแผโดยใชการดมอดเลตแบบรวมนยได และไมจำเปนตองมการซงโครไนซระหวางผใช

ข) ลกษณะสญญาณ

ขอมล

รหสแผ

สญญาณท

ผานสเปรด

รปท ๔.๓ ตวอยางการแผกลบของสญญาณ

ก) ขนตอนการแผกลบหรอดเปรด (Spreading)


สำหรบขอดอยคอการเรมตนและรกษาการซงโครไนซ ระหวางรหสของสญญาณทรบได กบสญญาณรหสทสรางขนทางดานรบทำไดยาก ซงกระบวนการซงโครไนซนจะตองเกดขนภายในชวงเวลาของชป การรบสญญาณไดอยางถกตองขบวนรหสทสรางขนจะตองซงโครไนซกบขบวนรหสทรบไดภายในชวงเวลาของชป และกำลงงานทรบไดจากผใชงานทอยใกลสถานฐานจะมคามากกวาทรบไดจากผใชงานทอยไกลจากสถานฐาน สงผลใหผใชงานทอยใกลเกดการแทรกสอดสญญาณของผใชทอยไกลออกไป หรอทเรยกวา ผลจากปรากฏการณใกล-ไกล ๔.๓.๔ คณสมบตของฟรเควนซซฮอบซดเอมเอ (FH-CDMA) ฟรเควนซซฮอบซดเอมเอมลกษณะเดนคอ การซงโครไนซของระบบทำไดงาย แตจะเกดความผด

พลาดทมากกวาเนองจากการกระโดดเปลยนความถดวยความเรว ความกวางแถบความถในการกระโดด ไมจำเปนตองอยตดกน ประกอบกบการมการซงโครไนซทงาย ทำใหสามารถมความกวางแถบของสเปกตรมแผทกวางขน สมรรถนะในเรองของปรากฏการณใกล-ไกลดกวาระบบ ไดเรกซเควนซซดเอมเอ สำหรบขอดอยคอ วงจรสงเคราะหความถทมความซบซอนเพมมากขน การเปลยนแปลงอยางทนททนใดของสญญาณในการเปลยนแปลงยานความถจะทำใหความถในการกระโดดเพมมากขน เพอหลกเลยงปญหาดงกลาว สญญาณจะตองถกปดและเปดใหม เมอมการเปลยนแปลงความถ และการมอดเลตแบบรวมนยทำไดยาก เนองจากปญหาการรกษาความสมพนธของเฟสในชวงเวลาการกระโดด

๕) จดหมายเหต ลำดบเหตการณสำคญทเกยวของกบซดเอมเอ แสดงดงตารางท ๕.๑ ป พ.ศ.

ลำดบเหตการณสำคญ (ค.ศ.) ๒๕๓๘ มาตรฐานไอเอส-95(IS-95) ซงเปนมาตรฐานแรกสำหรบโทรศพทเคลอนทระบบซด (1995) เอม เอ ๒๕๓๙ เปดใหบรการเชงพาณชยโทรศพทเคลอนทระบบซดเอมเอเปนครงแรก โดย (1996) บรษทควอลคอม (Qualcomm) ประเทศสหรฐอเมรกา ๒๕๔๒ มาตรฐานฉบบแรกของ CDMA2000 จากการรวมกลมของบรษท ลเซนต (Lucent) (1999) โมโตโรลา (Motorola) นอรเทล (Nortel) และควอลคอม (QUALCOMM) ๒๕๔๔ มาตรฐานฉบบแรกของ WCDMA จากบรษท เอนททโดโคโม (NTTDo CoMo) (2001) ประเทศญปน และสถาบนมาตรฐานโทรคมนาคมแหงยโรป (ETSI)

ตารางท ๕.๑ ลำดบเหตการณสำคญของซดเอมเอ

๖) บรรณานกรม [๑] R. Prasad,CDMA for Wireless Personal Communications, Artech House, 1996. [๒] T. Ojanpera and R. Prasad, Wideband CDMA for Third Generation Mobile Communications, Artech House, 1998.


บทท xหลกการเทยบจงหวะสญญาณโทรคมนาคมBasic Synchronization for Telecommunications

สมศกด อภรกษสมบต มหาวทยาลยกรงเทพ

๑) อภธานศพท (Glossary) การสงสญญาณดจทลแถบฐาน (Baseband Digital Transmission) วธการสงสญญาณทใชแถบความถของตวกลางตงแตคาความถฐาน (ความถคาศนย) จนถงคาความถสงสดทสญญาณตองการ คลนของสญญาณทสงมรปคลนเปนสเหลยมและมระดบแรงดนขนอยกบรปแบบของรหสสญญาณทใช การแยกสญญาณนาฬกา (Clock Extraction) กระบวนการทำงานของวงจรแยกสญญาณนาฬกาของภาครบสญญาณดวยกระบวนการรบสงสญญาณดจทลแถบฐานซงมการสอสารแบบอนกรม โดยทำหนาทแยกขอมลเชงเวลาของขบวนบตขอมลแบบอนกรมทไดรบเพอสรางสญญาณนาฬกาใหมซงใชกำหนดตำแหนงเวลาทเหมาะสมทสดในการสมระดบแรงดนไฟฟาของขบวนบตขอมลทำใหการตดสนใจ (Decision) แทนระดบแรงดนทสมไดดวยลอจก “1” หรอ “0” มความถกตองตามขอมลตนทาง ดงนนสญญาณนาฬกาทไมมเสถยรภาพอาจทำใหตำแหนงเวลาในการสมผดไป ซงจะทำใหขบวนขอมลทแยกออกมาไดผดพลาดตามไปดวย

เฟสลอคลป (Phase Locked Loop) วงจรอเลกทรอนกสททำหนาทรบสญญาณอนพตและสรางสญญาณใหมทมความถเทากบหรอเปนสดสวนกบความถของสญญาณอนพตซงประกอบดวยวงจรเปรยบเทยบเฟส (Phase Comparator) วงจรกำเนดสญญาณความถควบคมดวยแรงดนไฟฟา (Voltage Controlled Oscillator : VCO) และวงจรกรองความถตำผาน (Low Pass Filter : LPF) โดยนำสญญาณอนพตเปรยบเทยบกบสญญาณจากวงจรกำเนดสญญาณความถควบคมดวยแรงดนไฟฟาทางเฟสและเขาวงจรกรองความถตำผานทำใหไดแรงดนไฟฟากระแสตรงทแปรผนตรงกบความตางเฟส ตอไปปอนแรงดนไฟฟาทไดใหกบกำเนดสญญาณความถควบคมดวยแรงดนไฟฟาเพอปรบความถใหเขาใกลความถของสญญาณอนพตเมอวงจรเขาสสถานะคงตวทำใหสรางสญญาณใหมทไมมสญญาณรบกวนปนเปอนเหมอนสญญาณอนพตทเขามา


๒) บทคดยอ การสอสารขอมลดจทลไดมงสการสอสารแบบอนกรมเพอการสอสารระยะไกล เนองจากมการพฒนาไปสการสอสารความเรวสงและการสรางชองสอสารไดเปนจำนวนมากในขบวนสญญาณขอมลเดยวได โดยการเชอมการสอสารขอมลแบบอนกรมระหวางภาคสงและภาครบตองมความสอดคลองกนเพอใหภาคสงและภาครบทราบวา เรมมการสงและหยดสงขอมลเมอไหร ดวยกระบวนการเปรยบเทยบจงหวะสญญาณหรอการซงโครไนเซชน (Synchronization) ททำใหภาครบอานบตขอมลทกบตทไหลเขามา แบงขบวนขอมลทไหลเขามาอยางตอเนองเปนลำดบของเฟรมขอมลและแยกกลมของบตขอมลในเฟรมขอมลไดถกตอง ซงสงผลใหการสอสารขอมลดจทลมประสทธภาพ Abstract Digital data communication is tending to a serial communication for a long distance communication. Because there is the ability in development into a high speed communication and the ability in integration many more communication channel into a single bit stream. By establishment a communication link in serially between sender and receiver must conform for they to know that when are the data sent and stopped with Synchronization. Synchronization procedure provides the receiver can read every bit, separate a bit stream to a data frame and separate every data frame to the originally data correctly which it make digital communication to have efficiency.

๓) บทนำ การปรบเทยบสญญาณโทรคมนาคมหรอการซงโครไนซนำมาใชในการสอสารหลายดาน โดยเฉพาะการซงโครไนซทใชในการสอสารขอมลดจทลแบบอนกรมเพอการสอสารระยะไกลและความเรวสง ยกตวอยางการสงขอมลจากชมสาย ณ กรงเทพมหานครไปยงตำบลมาบตาพด จงหวดระยอง ผานทางการสอสารไมโครเวฟ รวมทงชมสายเคเบลใตนำขามประเทศทมาเชอมโยงการสอสารดาวเทยมขามทวปและการเชอมโยงจากชองทางสอสารอนๆ ทมาตอเขาดวยกนตองมการปรบเทยบจงหวะสญญาณจงทำใหสอสารกนได โดยขอมลอนกรมจากหลายแหลงหรอจากผส ง ไปยงผ รบตองมการเคาะจงหวะสญญาณทสอดคลองกนเพอใหผสงและผรบทราบวา เรมการสงขอมล การหยดพกการสงและทำการสงขอมลเสรจเมอใด การสอสารขอมลดจทลแบบอนกรมเปนการสงขอมลทแปลงจากรปแบบขนานจากตนทาง (ภาคสง) ผานตวกลางไปยงปลายทาง (ภาครบ) โดยสงขอมล

ไปทละบตอยางตอเนอง ฝายรบมการทำงานสองสวนคอกระบวนการเทยบจงหวะสญญาณระดบบตหรอการซงโครไนซระดบบต (Bit synchronization) ทมหนาทอานขอมลแตละบตถก และกระบวนการเทยบจงหวะสญญาณระดบเฟรมหรอการซงโครไนซระดบเฟรม (Frame synchronization) ทมหนาทแบงชวงบต จดกลมบตขอมลและแปลงขอมลกลบเปนรปแบบขนาน โดยเรยกกระบวนทงสองวา กระบวนการ เท ยบจ งหวะสญญาณหร อการซงโครไนซ (Synchronize) ซงมการแยกบตขอมลจากภาคสงทมความถกตองทำใหมสำคญตอการสอสารขอมลดจทลอนกรม และเพอใหภาครบทราบวาบตขอมลเรมตนและสนสดเมอใด ทำใหมสญญาณนาฬกาทมความสมพนธเชงเวลากบบตขอมลทรบไดควบคม โดยการสอสารระยะไกลใชวธการฝงรวมสญญาณนาฬกากบขอมลกอนสงทเรยกวาการเขารหส (Encoder) ทำใหขอมลกลายเปนสญญาณดจทล (Digital signal) และภาครบนำสญญาณดจทลท


รบไดเขาสกระบวนการแยกสญญาณนาฬกา (Clock extraction) หรอการกคนจงหวะเวลา (Timing recovery) หรอการกคนสญญาณนาฬกา (Clock recovery) ตอมาใชสญญาณนาฬกานสมอานเพอแยกและแบงบตขอมลอนกรมเปนชวงๆ ตามโครงสรางของขอมลอยางถกตองทเรยกวาเฟรมขอมล (Data frame) ทำใหขนตอนการแยกขอมลกลบมาไมซบซอน ดงนนการสอสารขอมลแบบอนกรมตองอาศยการปรบเทยบจงหวะสญญาณเพอความถกตองของขอมลดวย ๔) ความร เบองตนในการเทยบจงหวะสญญาณ การสงขอมลดจทลจากวงจรหนงไปอกวงจรหนงในรปแบบอนกรมประกอบดวยภาคสงททำหนาทแปลงขอมลดจทลในรปของสญญาณไฟฟาแบบขนานเปนแบบอนกรมโดยวงจรแปลงขอมลแบบขนานเปนแบบอนกรม (Parallel in – serial out register) ดวยการเลอนขอมลออกจากวงจรแบบบต

รปท ๔.๑ หลกการเทยบจงหวะสญญาณเบองตนเพอการสอสารทสอดคลองระหวางภาคสงและภาครบ

ตอบตทำใหอตราบตขอมลทถกเลอนขนอยกบความถของสญญาณนาฬกาโดยระยะเวลา ๑ ชวงบตเทากบระยะเวลา ๑ คาบของสญญาณนาฬกา และภาครบททำหนาทแปลงขอมลทรบไดกลบเปนแบบขนานโดยนำขอมลเขาสวงจรแปลงขอมลแบบอนกรมเปนแบบขนาน (Serial in – parallel out register) ทมอตราบตขอมลทเขาสวงจรเทากบความถของสญญาณนาฬกาและอานขอมลแตละบตทเขามาเสรจภายใน ๑ คาบสญญาณนาฬกาดวยอตราความถของสญญาณนาฬกาเทากบภาคสงเพอใหอานบตขอมลไดครบถวนโดยไมมบตขอมลสญหายไป ดงทรป ๔.๑ กระบวนการทงหมดเรยกวา กระบวนการเทยบจงหวะสญญาณทำใหภาครบเปลยนขบวนขอมลแบบอนกรมจากภาคสงเปนแบบขนานไดถกตองเหมอนตนฉบบ โดยสญญาณนาฬกาของภาคสงกบภาครบตองมความถเทากนและมความสมพนธทางเฟสทแนนอน

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

001001101 01001101

สญญาณนาฬกาฝายสง สญญาณนาฬกาฝายรบ

สญญาณมจงหวะเดยวกน

๑ คาบ

ขอมล

เขาแ

บบ

ขนาน

ขอมล

ออกแ

บบ

ขนาน

๑ คาบ

วงจรแปลงขอมล

แบบขนานเปนอนกรม

วงจรแปลงขอมล

แบบอนกรมเปนขนาน

ขอมลออกแบบอนกรม ขอมลเขาแบบอนกรม สมอานตามจงหวะ

สญญาณนาฬกา

ภาคสง ภาครบ


๕) การสงขอมลดจทล การสงขอมลดจทลจากตนทางไปปลายทางตองอาศยตวกลางเปนทางผานของสญญาณไฟฟาทมทงแบบใชสาย (wire) เชน สายเคเบล สายตเกลยว เสนใยนำแสง เปนตน และแบบไรสาย (wireless) โดยลกษณะของตวกลางเปนตวกำหนดรปแบบและวธการสรางสญญาณไฟฟา ถาแถบความถของตวกลางตอบสนองความถ ไดตำถงความถฐาน (ความถคาศนย) เชน สายนำสญญาณ เสนใยนำแสง เปนตน สญญาณทสงผานมรปรางเชนเดยวกบสญญาณดจทลทวไป เนองจากมแถบความถครอบคลมถงความถฐาน เรยกวา สญญาณเบสแบนด (Baseband signal) และเรยกการสงสญญาณลกษณะนวา การสงสญญาณเบสแบนด (Baseband transmission) แตถาแถบความถของตวกลางตอบสนองความถไดไมถงคาความถฐาน

รป ๕.๑ การสงขอมลดจทลแบบอนกรม

ตองนำขอมลดจทลไปปรบเปลยนคณลกษณะทางความถใหมความถอยในชวงทตวกลางนนตอบสนองท เรยกวา การมอดเลชนหรอการกลำสญญาณ (Modulation) การสงขอมลดจทลในรปแบบอนกรมดงรปท ๕.๑ ซงแทนความถสญญาณนาฬกาดวย โดยเรมตนดวยภาคสงจดขอมลเปนเฟรมขอมลซงประกอบดวยขอมลขนานจำนวน “n” ขอมลและขอมลทใชอางองทเรยกวา เฟรมอไลเมนตเวอรด (Frame alignment word : FAW) จำนวน ๑ขอมล ทำให ๑ เฟรมขอมลมขอมลจำนวน n+1 ขอมล ถาแตละ

รป ๕.๒ ตวอยางการจดเฟรมขอมล

ขอมล n FAW ขอมล 1 ขอมล 2 ขอมล 3 ขอมล n FAW

8x(n+1) บต

1 เฟรมขอมล

8 บต

สญญาณนาฬกาฝายสง

กระบ

วนกา

รระด

บเฟ

รม

ขอมลด

จตอล

(เขา

)

จดเฟ

รมขอ

มล

ขนาน

เปนอ

นกรม

ขอมล 1 ขอมล 2 ขอมล 3

ขอมล ก FAW

01101001 01101001

เขารหสสญญาณเพอสงในสาย (Line Coding)

สญญาณดจตอล สญญาณดจตอล

วงจรแยก สญญาณนาฬกา

(Colck Extraction)

สญญาณนาฬกาทแยกได

ถอดรหส สญญาณในสาย (Line Decoding)

กระบ

วนกา

ร ระ

ดบบ

ต ƒc

ƒc

อนกร

มเป

นขนา

น

แยกเ

ฟรม

ขอมล

ขอมล 1 ขอมล 2 ขอมล 3

ขอมล ก ขอมลด

จตอล

ออก

)

คนหา FAW และปรบเทยบเฟรม



ขอมลมขนาด ๘ บต เฟรมขอมลตองมจำนวนบตเทากบ 8x(n+1) บต ดงรปท ๕.๒ ตวอยางเชน ใน ๑ เฟรมขอมลม ๑๒ ขอมลและแตละขอมลมขนาด ๘ บต ดงนน ๑ เฟรมขอมลประกอบดวยจำนวนบตทงหมด 8x(12+1) เทากบ ๑๐๔ บต ตอไปสงเฟรมขอมลทไดเขาสวงจรแปลงขอมลขนานเปนอนกรมและสงตอไปสวนเขารหสสญญาณเพอสงในสาย (Line coding) โดยเปนการปรบเปลยนรปรางของขอมลดจทลใหเหมาะสมเพอใหกระบวนการปรบเทยบสญญาณระดบบตทภาครบทำไดอยางมเสถยรภาพ ขอมลอนกรมทผานการเขารหสเรยกวา สญญาณดจทล (Digital signal) ณ ภาครบดงรปท ๕.๑ ไดรบสญญาณดจทลและสงเขาสกระบวนการปรบเทยบสญญาณระดบบตซงแบงสญญาณเปนสองสวน สวนแรกเขาสวงจรถอดรหสสญญาณในสายเพอแปลงสญญาณดจทลกลบเปนขอมลดจทลแบบอนกรม สวนทสองเขาสวงจรแยกสญญาณนาฬกาเพอสรางสญญาณนาฬกาทมความสมพนธเชงเวลากบสญญาณดจทลทไดรบซงจำเปนสำหรบวงจรถอดรหสสญญาณดจทลและวงจรททำหนาทในระดบเฟรมขอมล ตอไปสงขอมลเขาสกระบวนการปรบเทยบสญญาณระดบเฟรมทมการตรวจหาเฟรมอไลเมนตเวอรด (FAN) เพอใชอางองตำแหนงของขอมลภายในเฟรม ถดมาเขาส

วงจรแปลงขอมลอนกรมเปนแบบขนานและแยกขอมลแตละสวนภายในเฟรมออกมาทำใหไดขอมลทเหมอนกบขอมลตนฉบบ ๖) การปรบเทยบสญญาณระดบบต การปรบเทยบสญญาณระดบบตมเปาหมายเพอใหภาครบทราบจงหวะเวลาในการสมอานบตขอมลจากสญญาณนาฬกาทมความสมพนธเชงเวลากบขอมลอนกรมทสงมาจากภาคสงดงรปท ๕.๑ โดยวงจรแยกสญญาณนาฬกา (Clock extraction) ทำการแยกสญญาณนาฬกาจากสญญาณดจทล (Digital signal) จากภาคสงทนำขอมลดจทลแบบอนกรมทตองการสงมาเขารหสสรางสญญาณรปคลนใหมทมความถของสญญาณนาฬกาภาคสงเปนองคประกอบในแถบความถ รหสทใชในการแปลงขอมลดจทลเปนสญญาณดจทลมหลายแบบเชน รหสดจทลปกตหรอเอนอารแซซ (Non Return to Zero : NRZ) รหสไบโพลาร (Bipolar) และรหสแมนเชสเตอร (Manchester) เปนตน โดยทงสามแบบมลกษณะของรปคลนสญญาณและคาพลงงานทกระจายตามองคประกอบความถตางๆ (Power density) ดงรปท ๖.๑ และ ๖.๒ ตามลำดบ ทงนจะทำใหมความเหมาะสมในการใชงานทแตกตางกนดงน

รป ๖.๑ ตวอยางรหสไบโพลาร และรหสแมนเชสเตอร เปรยบเทยบกบรหสดจทลปกต

1 0 1 1 1 0 0 1 0

0

0

0

+

-

+

+

-

รหสดจทลปกต(NRZ)

รหสไบโพลาร(Bipolar)

รหสแมนเชสเตอร(Manchester)

T หมายถงระยะคาบของหนงบต


ง) หากมขบวนขอมลทเปนลอจก “0” ตดตอกนทำใหแรงดนไฟตรงในสายมคาเทากบศนยและไมมพลสเกดขน ภาครบจงจะปรบเทยบสญญาณไมได ๖.๓ รหสแมนเชสเตอร (Manchester) รหสแมนเชสเตอรเปนรหสทมรปคลนสญญาณ ๒ ระดบคอคาบวกและคาลบ โดยมคณลกษณะทสำคญดงน ก) กำหนดใหลอจก “1” เปนระดบแรงดนคาบวกทชวง T/2 แรกและคาลบทชวง T/2 หลง และลอจก “0” เปนระดบแรงดนคาลบทชวง T/2 แรกและคาบวกทชวง T/2 หลง ทำใหมการเปลยนสถานะทชวง T/2 ของทกคาบ ภาครบจงไมพบปญหาในการปรบเทยบสญญาณกรณขบวนขอมลทเปนลอจก “0” หรอ “1” ตดตอกน ข) คาพลงงานกระจายมชวงกวางถง ๑.๖ เทาของความถซงมคาเกนความถสญญาณนาฬกาทำใหการใชแถบความถไมมประสทธภาพ และไมมความถคาศนยเปนองคประกอบ ค) ใชในระบบอนเทอรเนตความเรว ๑๐ เมกะบตตอวนาท (Mbps) และมาตรฐานเครอขายบรเวณเฉพาะท (Local Area Network: LAN) รหสทใชในการแปลงขอมลดจทลเปนสญญาณดจทลทำหนาทเปนตวกำหนดเทคนคทใชในการแยกสญญาณนาฬกาของวงจรแยกสญญาณนาฬกา (Clock extraction) ในกระบวนการปรบเทยบระดบบตทมความสำคญตอกระบวนการปรบเทยบระดบ

๖.๑ รหสดจทลปกตหรอเอนอารแซซ (Non Return to Zero: NRZ) รหสดจทลปกตเปนรหสทมรปคลนสญญาณสองระดบคอคาบวกและคาศนย โดยมคณลกษณะทสำคญดงน ก) กำหนดใหลอจก “1” เปนระดบแรงดนคาบวก และลอจก “0” เปนระดบแรงดนคาศนย ข) คาพลงงานกระจายตำกวาความถสญญาณนาฬกาทำใหการใชแถบความถมประสทธภาพและมความถศนยเปนองคประกอบ ค) หากมขบวนขอมลทเปนลอจก “1” หรอ “0” ตดตอกนจะทำใหเกดแรงดนไฟตรงในสายและไมมพลสเกดขน ภาครบจงปรบเทยบสญญาณไมได ง) วธการเขารหสและถอดรหสไมซบซอน ๖.๒ รหสไบโพลาร (Bipolar) รหสไบโพลารเปนรหสทมรปคลนสญญาณ ๓ ระดบคอ คาบวก ศนยและลบ โดยมคณลกษณะทสำคญดงน ก) กำหนดใหลอจก “1” เปนระดบแรงดนคาบวกหรอลบสลบกน และลอจก “0” เปนระดบแรงดนคาศนย ค) คาพลงงานกระจายตำกวาครงหนงของความถสญญาณนาฬกาทำใหการใชแถบความถมประสทธภาพ และไมมความถศนยเปนองคประกอบ เนองจากรปคลนมการสลบระดบแรงดนทำใหไมมแรงดนไฟตรง

รป ๖.๒ แสดงพลงงานทความถตางๆ ของรหสแตละชนดเพอการเลอกใชงานทเหมาะสมกบการสอสารแตละประเภท

0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

NRZ

Bipolar

Manchester

ความถสญญาณนาฬกา (Clock frequency)

คาพ

ลงงา

นกระ

จาย

ƒ∫2 ƒT

ƒc


เฟรม เนองจากการปรบเทยบระดบเฟรมมการคนหา FAN ทเปนกลมของบตขอมล ถาหากการอานบตขอมลไมถกตองจะทำใหการอาน FAN ทมการรวมกนของบตขอมลหลายบตไมถกตองไปดวย ๗) การปรบเทยบสญญาณระดบเฟรม การปรบเทยบสญญาณระดบเฟรมดงรปท ๕.๑ เรมตนดวยการทภาครบมสวนปรบเทยบสญญาณระดบเฟรมทำหนาทคนหา FAN ซ งใชอางองตำแหนงของขอมลตางๆ ภายในเฟรมนนๆ โดยทำการปอนขอมลดจทลแบบอนกรมจากวงจรถอดรหสสญญาณในสายเขาสวงจรแปลงขอมลอนกรมใหเปนแบบขนานและตรวจสอบขอมลวารหสเหมอนกบรหสของ FAN ทกำหนดดวยวงจรเปรยบ

เทยบรหสหรอไม แตเนองจากขอมลมรปแบบทไมแนนอนอาจมบางตำแหนงทมรปแบบขอมลเหมอนกบรหสของ FAN ทกำหนดไวท เรยกวา เฟรมอไลเมนตเวอรดเทยม ทำใหเกดความผดพลาดไดจงมวธตรวจหา FAN จรงดวยกระบวนการปรบเทยบเฟรมหรออไลเมนตเฟรม (Frame alignment) ๗.๑ กระบวนการปรบเทยบเฟรมหรออไลเมนตเฟรม (Frame alignment) กระบวนการปรบเทยบเฟรมหรออไลเมนตเฟรมใชหลกการของเฟรมอไลเมนตเวอรดจรงทมตำแหนงทแนนอนทำใหเฟรมขอมลทอยตดกนมระยะหางของเฟรมอไลเมนตเวอรดเทากบ ๑ เฟรมขอมลเสมออยในวงจรแยกเฟรมขอมล โดยมวงจรควบคมการทำงานทงหมด ๗ สถานะ คอ A B C D E F และ G ดงรปท ๗.๑

รป ๗.๑ แผนผงตวอยางกระบวนการอไลเมนตหรอปรบเทยบเฟรมขอมล [๓]

E

F

GB

C

D

Aสถานะซงโครไนซ (Synchronize state)

ตรวจพบ FAW ตวท 3

สถานะรอท 2 (Waite state) (ยงไมซงโครไนซ)



สถานะรอท 1 (Waite state) (ยงไมซงโครไนซ)

สถานะคนหา FAW (Search mode)

(ไมซงโครไนซ)

ไมพบ FAW

ไมพบ FAW

พบ FAW

ไมพบ FAW ในเฟรมท 3

สถานะซงโครไนซ 1



ไมพบ FAW ในเฟรมท n+1



พบ FAW

พบ FAW

พบ FAW


กระบวนการปรบเทยบเฟรมหรอการอไลเมนตเฟรมทำใหระบบปรบเทยบสญญาณระดบเฟรมมความแมนยำและนาเชอถอ แตขอมลทเกดซำเปนชดๆ เปนเวลานานพบวาเฟรมอไลเมนตเวอรดเทยมมตำแหนงคงทคลายเฟรมอไลเมนตเวอรดจรงทำใหเกดความผดพลาดขนจงตองมการปรบเปลยนรปแบบเฟรมขอมลเพอลดความผดพลาด เชน การเพมจำนวน FAN มากกวา ๑ ตวโดยแตละตวมรหสและตำแหนงทตางกน เปนตน การเลอกรหสเฟรมอไลเมนตเวอรดกสำคญโดยรหสทดตองมโอกาสทเกดการขอมลซำตำ ซงทดสอบไดดวยการหาคาสหสมพนธ (Autocorrelation) [๑] ๘) การแยกสญญาณนาฬกา ตวอยางการแยกสญญาณนาฬกาดวยรหสดจทลปกตและรหสไบโพลารทไมมความถสญญาณนาฬกาเปนองคประกอบภายในแถบความถมการทำงานดงรปท ๘.๑ แตมความถครงหนงของความถสญญาณนาฬกาเปนองคประกอบดงรปท ๖.๒ เมอเขาสวงจรไมเชงเสนทเหมาะสม เชน วงจรกำลงสอง (Square-law device) หรอวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full-wave rectifier) เปนตน ทำใหไดสญญาณทมองคประกอบความถ ๒ เทาคอ และความถอนๆ และเขาสวงจรกรองแถบความถแคบ

ผาน (Narrow band pass filter) โดยกรองผานเฉพาะ หรอวงจรเฟสลอคลปแถบความถแคบ (Narrow-band phase locked loop) ทสรางสญญาณนาฬกา ใหมและตดตามสญญาณนาฬกา ทตรวจพบดวย ตอไปเขาสวงจรเปรยบเทยบ (Comparator) เพอปรบรปคลนเปนรปสเหลยม [๒] ขบวนขอมลดจทลทเปนลอจก “0” หรอ “1” ตดตอกนของรหสทงสองทำใหสญญาณไมมการเปลยนแปลงระดบจงเกดปญหาในการแยกสญญาณขน ขบวนขอมลทเขาสวงจรเขารหสสญญาณเพอสงในสาย (Line coding) จงตองมความเปนเชงสม (Random) คอโอกาสทขอมลมคาเปนลอจก “0” หรอ ลอจก “1” เทากน โดยนำขบวนขอมลดจทลเขาสวงจรสแครมเลอรแบบซงโครไนซตวเอง (Self-synchronize scrambler) และวงจรเขารหสสญญาณ (Line coding) ททำหนาทสรางลำดบเชงสมเทยม (Pseudorandom Binary Sequence : PRBS) เพอผสมกบขบวนขอมลดจทลดวยการเพมวงจรสแครมเบลอรทภาคสงทำใหขบวนขอมลมความเปนเชงสม และเพมวงจรดสแครมเบลอรแบบซงโครไนซตวเอง (Self-synchronize descrambler) ทภาครบหลงวงจรถอดรหส (Line decoding) เพอกำจดความเปนเชงสมของขบวนขอมลออกทำใหไดขบวนขอมลตนฉบบกลบมาดงรปท ๘.๒ [๑]

รป ๘.๑ ตวอยางการแยกสญญาณนาฬกาสำหรบรหสดจทลปกตและรหสไบโพลาร

กรองแถบความถผานหรอเฟสลอคลปท ƒ

c(Bandpass filter or Phase

Locked Loopat ƒc

วงจรเปรยบเทยบ(Threshold

comparator)

อปกรณไมเชงเสน(Non-linear

device)

สญญาณดจทลทไดรบ(Received digital signal)

สญญาณนาฬกา(Extracted clock)

องคประกอบความถ ๒ เทา( ƒ

c และความถอนๆ)

ƒ c เทานนƒ

c/2


การเทยบจงหวะสญญาณเปนกระบวนการทมความสำคญตอระบบการสอสารขอมลดจตอลแบบอนกรม เนองจากขอมลทภาคสงตองการสงและภาครบไดรบตองมความสอดคลองกนโดยการเปรยบเทยบจงหวะสญญาณ (Synchronization) เพอให

รป ๘.๒ การเพมตวสแครมเบลอรและดสแครมเบลอร

ภาคสงและภาครบทราบวา เรมมการสงและหยดสงขอมลเมอไหร ซ งมการประยกตใชงานดานโทรคมนาคมโดยเฉพาะ เชน ระบบการสอสารขอมลดจตอล การสรางสญญาณนาฬกา เปนตน ทำใหระบบการสอสารมประสทธภาพ

๙) บรรณานกรม [๑] David R. Smith. Digital Transmission Systems. Second Edition. Van Nostrand Reinhold, 1993. [๒] Edwin Jones. DIGITAL TRANSMISSION. McGraw-Hill, 1993. [๓] Frank F. E. Owen. PCM and Digital Transmission Systems. McGraw-Hill, 1982

วงจรสแครมเลอรแบบซงโครไนซตวเอง(Self-asynchronize

scrambler)

วงจรเขารหสสญญาณ(Line decoding)

วงจรถอดรหสสญญาณ(Line decoding)

วงจรดสแครมเบลอรแบบซงโครไนซตวเอง(Self -synchronize

descrambler)

สญญาณดจตอล


in +out

S1 S2 S3 S4 in

out

S1 S2 S3 S4


๑) อภธานศพท (Glossary) การปฏเสธการเขาใชบรการ (Blocking) การปฏเสธการเขาใชบรการเปนเหตการณทเกดขนเมอจำนวนของการรองขอใชบรการมากเกนความสามารถของระบบ ทงนหมายรวมถงมากเกนกวาคสาย หรอมากเกนกวาจำนวนวงจรเชอม หรอมากกวาจำนวนอปกรณสลบสาย (switching) และเมอเกดการปฏเสธการใหบรการขน ผรองขอจะไดรบสญญาณแสดงวาวงจรไมวาง (busy signal) ซงผรองขออาจจะยกเลก (disconnect) หรอลองใหม (retry) อกครง โดยทตวแปร (parameter) ทใชแสดงการปฏเสธการใชบรการของระบบ มกจะแสดงอยในรปของความนาจะเปนของการถกปฏเสธของการเขาใชบรการ (blocking probability) ปรมาณการใชงานในจำนวนรอยวนาท (Centum Call-Second: CCS) ปรมาณการใชงานในจำนวนรอยวนาท เปนการวดปรมาณการใชงานวงจรโทรศพทเปรยบเทยบกบ ๑๐๐ วนาท เชน การใชโทรศพทจำนวน ๑๐ นาท หรอ ๖๐๐ วนาท จะมคาเทากบ ๖ เทาของ ๑๐๐ วนาท ดงนน การใชโทรศพทจำนวน ๑๐ นาท คดเปน ๖ CCS และนอกเหนอจากนยามของ CCS แลวยงมนยามทมลกษณะเดยวกน เชน CM (call-minute) และ CH (call-hour) โดยท ๑ CH เทากบ ๖๐ และ CM เทากบ ๓๖ CCS ระดบของการใหบรการ (Grade of Service: GOS)

บทท xหลกการของปรมาณการใชงานวงจรสอสารและหมายเลขโทรคมนาคม Principle of Traffic Engineering in Circuit-Switching and the Numbering System ดามพเมษ บณยะเวศ มหาวทยาลยธรรมศาสตร

ระดบของการใหบรการหรอจโอเอส (GOS) เปนคาตวแปรทใชเปนตววดความสามารถในการรองรบผใชบรการ ซงมกจะถกกำหนดดวยคาความนาจะเปนของการปฏเสธการเขาใช (blocking probability) ในชวงทมการใชงานสง (busy hour) และจะแทนดวยสญลกษณ p เชน ระดบของจโอเอสทคา p เทากบ ๐.๐๑ หมายความวา จากการเรยกใชวงจร ๑๐๐ ครง โดยเฉลยแลวจะถกปฏเสธการเขาใชงาน ๑ ครง หรอจโอเอสถกกำหนดดวยคาความนาจะเปนของการเขาใชทถกหนวง (probability of call delayed) ขบวนการปวสซอง (Poisson Process) ขบวนการปวสซองเปนขบวนการสม (random process) ประเภทหนงทสามารถใชอธบายไดอตราของการมาถง (arrival rate) ของขบวนการใด ๆ โดยท (๑) จำนวนของการมาถงในชวงเวลาหนงๆจะเปนไปตามการกระจายแบบปวสซอง (Poisson distribution) (๒) พจารณาในชวงเวลาสองชวงทไมซอนทบกน จำนวนของการมาถงในแตละชวงเวลาขางตนจะเปนอสระตอกนและ (๓) ชวงหางของการมาถงในแตละครง ( inter-arr ival t ime) มการกระจายแบบเลขชกำลง (exponential distribution) การสลบสายหรอการเชอมตอคสาย (Switching) ลกษณะการเชอมตอคสายนนแบงไดเปนสองแบบหลก ๆ คอ การเชอมตอแบบวงจร (circuit switching) และการเชอมตอแบบกลมขอมลหรอแพกเกต (packet switching) โดยทการเชอมตอแบบวงจรเปนการเชอมตอตนทางและปลายทาง


ตลอดเวลาตงแตมการรองขอใหสรางวงจรจนกระทงมการรองขอใหยกเลกวงจร ลกษณะการเชอมตอแบบนจะใชกบวงจรของการสนทนาเปนหลก ในขณะทการเชอมตอแบบแพกเกตจะมการเชอมตอตนทางและปลายทางเฉพาะกรณทมขอมลหรอกลมขอมลทจะสงเทานนหลงจากนนจะยกเลกวงจรในทนท การเชอมตอแบบแพกเกตนจะใชกบวงจรการสงขอมลทมลกษณะเปนหวง ๆ หรอเบรสต (burst) ปรมาณการใชงานวงจร (Traffic Intensity) ปรมาณการใชงานวงจรเปนตววดการใชงานวงจร (utilization) ซงจะเปนการใชงานวงจรในชวงเวลา ๑ ชวโมงของชวงเวลาเรงดวน (busy hour) หนวยทนยมใชอธบายปรมาณของการใชงานวงจรคอ

เออรแลง (Erlang) โดยทหรอ ๑เออรแลง เทากบ ๑ CH (Call-hour) เทากบ ๓๖ CCS (Contum Call-Second) เชน การสนทนาผานโทรศพทโดยเฉลยแลวใชเวลา ๓ นาท ดงนนการสนทนาผานโทรศพทคดเปนปรมาณการใชงานวงจรเทากบ ๓/๖๐ เทากบ ๐.๐๕ เออรแลง เออรแลง (Erlang) หนวยวดปรมาณการใชงานวงจรโทรศพทโดยมาจากชอของวศวกรโทรศพทชาวเดนมารก เอ. เค. เออรแลง (A.K. Erlang) โดยท ๑ เออรแลงมคาเทากบปรมาณการใชโทรศพทใน ๑ ชวโมง ปกตมคาเปน ๐.๑ เออรแลงสำหรบการใชงานทางยานธรกจและ ๐.๐๘ เออรแลงสำหรบผอยอาศยตามบานทวไป

๒) บทคดยอ ระบบการสอสารโทรคมนาคมมปรมาณการใชงานอยบนพนฐานจำนวนวงจรสอสารทมจำกด ดงนนระดบการบรการทด การวางแผนและการกำหนดหมายเลขเพอใหเพยงพอตอผใช ตลอดจนการออกแบบเครอขายโทรคมนาคมเพอรองรบปรมาณการใชงานวงจรสอสารใหเหมาะสมกบความตองการและการจดการปรมาณการใชงานวงจรสอสารจงเปนหลกพนฐานทนำไปสผลลพธทแสดงถงประสทธภาพของระบบสอสารนนๆ Abstract Telecommunication network is, in general, operated on the limited number of channels or trunk circuits. Thus, in order to achieve high level of system efficiency, the crucial considerations include acceptable grade of service, numbering plan and the design to accommodate the traffic requirements as well as the management of telecommunication traffic or teletraffic. ๓) บทนำ พนฐานหรอหลกการของปรมาณการใชวงจรสอสารและหมายเลขโทรคมนาคม แบงการพจารณาเปนสองหวขอหลกคอ ก) “ปรมาณการใชวงจรสอสาร” ซงเปนหลกการวาดวยการใชงานวงจรสอสารอนสงผลตอการออกแบบเครอขายใหเพยงพอตอความตองการ และมระดบการบรการทเหมาะสม รวมถงทฤษฎวาดวยปรมาณการใชวงจรสอสาร (traffic theory) ซงบางครงถกอางถงในชอของการจราจรของการสอสาร

ข) “การวางแผนหมายเลข” ซงเปนหลกการวาการกำหนดหมายเลขโทรคมนาคมใหเพยงพอแกความตองการและเปนไปมาตรฐานสากล พนฐานของระบบแสดงปรมาณการใชวงจรสอสารดงรปท ๓.๑ ซ ง เปนตวอยางของระบบโทรศพทพนฐาน ทงนการวางแผนหมายเลขเปนการกำหนดใหผ ใช โทรศพทมหมายเลขเฉพาะ ซ งหมายเลขทงหมดจะตองพอเพยงแกความตองการของชมชนนนๆ ทงน ในกรณทวไปผ ใชโทรศพท


ภายในชมชนจะไม ใช โทรศพทพรอมกนทกๆ หมายเลข ดงนนชมสายทองถนจงถกออกแบบใหมอปกรณสลบสาย (switching) หรอวงจรเชอมตอ (trunk circuit) ทสามารถใชงานรวมกนและไมจำเปนตองมจำนวนวงจรสอสารเทากบจำนวนหมายเลขทงหมดในชมชน หรอหมายเลขปลายทางทงหมด อนจะเปนการใชทรพยากรของวงจรสอสารทมอยใหเปนไปอยางคมคามากทสด ทฤษฎทเกยวกบปรมาณการใชวงจรสอสาร (traffic theory) มทงสำหรบการเชอมตอแบบวงจร (circuit switching) และการเชอมตอแบบกลมขอมล (packet switching) ซงมลกษณะทคลายคลงกนในหลายประการ แตกมขอแตกตางสำคญในหลายสวนดวยเชนกน สำหรบทฤษฎปรมาณการใชวงจรสอสารนนนอกจากจะเกยวของและประยกตใชกบระบบชมสายโดยตรงแลว ยงสามารถประยกตใชกบการควบคมและบรหารปรมาณและการบรการ ณ เคานเตอรธนาคาร ศนยบรการลกคา ตลอดจนถงระบบจราจรบนทองถนนไดดวย ๔) ปรมาณการใชงานวงจรสอสาร ๔.๑ หลกการพนฐาน ทฤษฎพนฐานของปรมาณการใชงานวงจรสอสาร คอแนวคดวาดวยการจดการหรอการปฏบตตอการขอใชวงจรสอสาร ซงจะเกยวของกบการออกแบบจำนวนวงจรใหเหมาะสมกบระดบของการใหบรการตอการเรยกใชงานวงจรของผใชหรอจโอเอส (GOS) ทตองการ นอกจากจโอเอสจะถกควบคมดวยจำนวนวงจรทงหมดแลวยงขนกบปจจย

รปท ๓.๑ พนฐานปรมาณการใชวงจรสอสาร

อกหลายประการ เชน ก.๑) ลกษณะของการเรยกใชวงจร เชน มลกษณะเปนไปตามขบวนการสมแบบปวสซอง หรอเปนการเรยกใชเปนรายคาบ (periodic arrival) ก.๒) การกระจายของเวลาการใชวงจรทเรยกใช (holding time distribution) เชน เปนไปตามแบบเลขชกำลง (exponential) หรอเปนคาคงท ก.๓) ปรมาณของผใช เชน มจำนวนจำกด (finite) หรอมจำนวนมากจนประมาณเทยบเทาอนนต (infinite) ก.๔) วธการจดการกบการเรยกใชทไมสามารถรองรบไดทงนแนวทางจดการกบการเรยกใชทไมสามารถรองรบได หรอสมมตฐานตอผเรยกใชในกรณดงกลาว ในทางทฤษฎพนฐานของปรมาณการใชงานวงจรสอสารนนแบงเปนสามแบบหลกดงน ข.๑) การเรยกใชทไมสามารถรองรบไดยงคงอยในระบบ (lost call held: LCH) แนวคดนมสมมตฐานวา หลงจากทผใชบรการโทรศพทไดรบสญญาณทแสดงวาวงจรไมวาง (busy signal) แลว ผเรยกใชบรการรายนจะพยายามเรยกใชตอทนท และจะพยายามอยางตอเนอง โดยคาดหวงวาจะไดรบบรการทนททมวงจรวาง ข.๒) การเรยกใชทไมสามารถรองรบไดจะออกจากระบบทนท (lost call cleared: LCC) แนวคดนมสมมตฐานวา หลงจากทผใชบรการโทรศพทไดรบสญญาณทแสดงวาวงจรไมวาง (busy signal) แลว ผเรยกใชบรการรายนจะหยดเรยกใชทนท และการเรยกใชในครงตอไปจะทงชวงเวลาหางออกไปมาก จนถอวาเปนการเรยกใชครงถดมาทมไดสมพนธกบการเรยกใชครงกอนหนา ข.๓) การเรยกใชทไมสามารถรองรบไดจะถกสงเขาแถวคอย (lost call delayed: LCD) แนวคดนมสมมตฐานวา ผเรยกใชบรการโทรศพทจะถกสงเขาแถวคอยโดยอตโนมต ปจจยตาง ๆ ท เกยวของกบจโอเอสและแนวทางจดการกบการเรยกใชทไมสามารถรองรบได ลวนสงผลตอการเลอกใชแบบแผนทางคณตศาสตรมาใชในการคำนวณปรมาณตางๆ เพอใชในการออกแบบระบบการวดปรมาณการใชวงจรสอสาร

๑ ๒ ๓ ๑

ชมสาย ปลายทาง ผใชโทรศพท

• • •

- - -

ก

N (ชมสายทองถน)


โดยรปท ๔.๑ เปนแผนผงทแสดงปจจยตางๆ ทสงผลตอแบบแผนทางคณตศาสตร การคำนวณทนยมใชนนมสองสตรหลกคอ แบบปฏเสธการบรการ (blocking) โดยคำนวณผานสตรเออรแลงบ (Erlang-B) และแบบใหรอในแถวคอย (queue) โดยคำนวณผานสตร เออรแลงซ (Erlang-C) ในขณะทแบบแผนทางคณตศาสตรอนๆ แสดงดงรปท ๔.๑ เชน ออบ (Extended Erlang-B: EEB) และอควออบ (equivalent queue EEB: EQEEB) นอกจากนยงมสำหรบแบบทางคณตศาสตรอนๆ อกสำหรบการเรยกใชทไมใชเปนแบบสม เชน Engset เปนตน (มไดแสดงไว) ๔.๒ การคำนวณแบบเออรแลงบ (Erlang-B) การคำนวณแบบเออรแลงบนนใชสมมตฐานหลกหลายประการ เชน ๔.๒.๑ ระบบมประชากรจำนวนมาก (infinite sources) ๔.๒.๒ ปรมาณการใชงานวงจรตอประชากรทเทาๆกน (equal traffic density) ๔.๒.๓ การเรยกใชวงจรทไมไดรบการตอบสนองจะออกจากระบบทนท (LCC: lost calls cleared) ๔.๒.๔ ขบวนการเรยกใชวงจรเปนไปตามขบวนการปวสซอง

รปท ๔.๑ เงอนไขของปจจยและแบบแผนทางคณตศาสตรทเลอกใชสำหรบการจดการปรมาณใชวงจรสอสาร

๔.๒.๕ การกระจายของเวลาใชงาน (holding time) เปนแบบเลขชกำลง (exponential distribution) สมการทใชในการคำนวณหาความนาจะเปนของการปฏเสธการใชงาน (blocking probability) สามารถศกษาไดจาก [๑] รวมทงสามารถใชตารางชวยในการคำนวณไดดวย [๒] กรณตวอยางชมสายยอยสำหรบสำนกงานระบบหนงสามารถรองรบการใชงาน ๔ เออรแลง โดยชมสายยอยนมจำนวนวงจรทงหมด ๑๐ วงจร (สายนอก) ผลจากการคำนวณจะพบวาชมสายยอยนจะมความนาจะเปนของการปฏเสธการเขาใชงานเทากบ ๐.๐๐๕๓ หรอ ๐.๕๓เปอรเซนตหรออกนยหนงคาจโอเอสเทากบ ๐.๐๐๕๓ ตอเนองจากตวอยางขางตน หากผออกแบบชมสายมสมมตฐานวาโดยเฉลยแลว ผใชแตละรายตองการใชโทรศพทจำนวน ๒ ครงตอชวโมงและการใชงานแตละครงจะถอสาย ๓ นาท ซงหมายความวาผใชแตละรายมความตองการการใชงาน ๒ × (๓/๖๐) เทากบ ๐.๑ เออรแลง และชมสายยอยของสำนกงานแหงนรองรบสายในไดไมเกน (๔/๐.๑) เทากบ ๔๐ สาย เมอตองการใหมคาจโอเอสเทากบ ๐.๐๐๕๓ เปนตน

แบบของการเรยกใชงาน

ไมใชแบบสม แบบสม

แบบปฎเสธการใชงาน แบบใชแถวคอย

ไมรองขอมาอก รองขอมาอก ขนาดแถวไมคอยจำกด ขนาดแถวคอยจำกด

Eriang B EEB Eriang C EQEEB


๔.๓ การคำนวณแบบเออรแลงซ (Erlang-C) การคำนวณแบบเออรแลงซนนใชสมมตฐานหลกหลายประการเชน ๔.๓.๑ ระบบมประชากรหรอผใชจำนวนมาก ๔.๓.๒ ปรมาณการใชงานวงจรตอประชากรทเทาๆกน ๔.๓.๓ ผเรยกใชบรการโทรศพทจะถกสงเขาแถวคอยโดยอตโนมต (lost calls delayed: LCD) ๔.๓.๔ การใหบรการผใชแตละรายเปนไปตามลำดบของการเรยกเขา ๔.๓.๕ ขบวนการเรยกใชวงจรเปนไปตามขบวนการปวสซอง ๔.๓.๖ การกระจายของเวลาใชงาน (holding time) เปนแบบเลขชกำลง วธการคำนวนน จะใชสมการการคำนวณหาความนาจะเปนของการเรยกใชงานทถกหนวง (delayed-call probability) ออกไปตาม [๑] และ สามารถใชตารางชวยในการคำนวณไดดวยเชนกน [๒] ตวอยางสำหรบกรณนชมสายยอยสำหรบสำนกงานระบบหนงสามารถรองรบการใชงาน ๔ เออรแลง โดยชมสายยอยนมจำนวนวงจรทงหมด ๑๐ วงจร ผลจากการคำนวณจะพบวาชมสายยอยนจะมความนาจะเปนของการไมไดรบบรการทนททรองขอเทากบ ๐.๐๐๘๘ หรอ ๐.๘๘% หรออกนยหนงคาจโอเอสเทากบ ๐.๐๐๘๘ หากเปรยบเทยบตวอยางท งสองจะพบวา เนองจากตวอยางแรกมสมมตฐานวาการเรยกใชทไมสามารถใหบรการไดจะออกจากระบบทนทจงมคาจโอเอสเทากบ ๐.๐๐๕๓ ในขณะทตวอยางทสองมสมมตฐานวาการเรยกใชทไมสามารถใหบรการไดจะถกสงเขาแถวคอย (หรอถกหนวงออกไป) และกยงคงอย ในระบบจงทำใหคา จ โอเอสสงขนเปน ๐.๐๐๘๘ ๔.๔ ประสทธภาพและจำนวนวงจร ปรมาณการใชงานวงจรทมหนวยเปนเออรแลงนนเปนตวแปรแสดงถงวาวงจรถกใชงานมากนอยเพยงไรในชวงเวลาหนงชวโมง และโดยปกตวงจรใด ๆ จะไมถกใชงานตลอดเวลา ซงหมายความวาวงจร

ไมไดถกใชงานอยางเตมประสทธภาพ โดยทประสทธภาพของการใชงานวงจรในทนจะเนนวงจรเชอมตอระหวางชมสายตอชมสาย(trunk หรอ circuit group) เปนหลก หากกำหนดนยามประสทธภาพของการใชงานวงจรเทากบอตราสวนของจำนวนวงจรและปรมาณการใชงาน [๑] และนำคาทไดมาแสดงเปนกราฟแสดงความสมพนธของทงสองตวแปรสามารถสรปไดวาประสทธภาพของการใชงานวงจรจะสงขนเมอวงจรจำนวนทมากขนมาใชงานรวมกน ซงรปท ๔.๒ เปนการแสดงประสทธภาพของการใชงานวงจรของระบบทมสมมตฐานแบบเออรแลงบทคาจโอเอสเทากบ ๐.๐๒ ทงนไมวาการแสดงตวแปรของแกนนอนจะเปนในพจนของเออรแลงหรอพจนของจำนวนวงจรกใหความหมายโดยสรปทเหมอนกน ๕)รปแบบของหมายเลขโทรคมนาคม ๕.๑ หลกการพนฐาน กา รวา งแผนและการกำหนดหมาย เลขโทรคมนาคมนนนอกจากจะมความสำคญตอตอการใชงานในระดบ ประเทศแลว ยงมความสำคญสบเนองถงระดบนานาชาตดวย การวางแผนทดจงตองคำนงถงปจจยหลายประการเชน ๕.๑.๑ การออกแบบใหเพยงพอกบจำนวนผใชและบรการใหมๆ ทเพมขนในอนาคต ๕.๑.๒ การออกแบบใหเปนไปตามมาตรฐานนานาชาตเพอการเชอมตอวงจรระหวางประเทศ ๕.๑.๓ การออกแบบเพอใหสามารถอางถง

รปท ๔.๒ ประสทธภาพและจำนวนวงจร

ปรมาณการใชงานทรองรบได (เออรแลง)

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0 0 5 10 15 20 25 30 35 40


หมายเลขปลายทางไดถกตองไมวาจะเปนเชอมตอภายในเครอขาย หรอขามเครอขาย สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ (Inter-national Telecommunication Union: ITU) ไดใหแนวทางในการวางแผนและการกำหนดหมายเลขโทรคมนาคมในมาตรฐานอางอง ITU-E.164 [๓] แสดงดงรปท ๕.๑ โดยทซซ (country code: CC)ใชกำหนดรหสประเทศ ซงมจำนวน n หลก เอนดซ (national destination code: NDC) ใชกำหนดปลายทางในประเทศ เอสเอน(subscriber number: SN) ใชกำหนดหมายเลขประจำผใช ซงชดของเอนดซ และเอสเอน รวมเรยกวา เอน(เอส)เอน (national (significant) number: N(S)N) ตวอยางของซซหรอรหสประเทศ เชน ประเทศไทย (๖๖) สหรฐอเมรกา (๑) มาเลเซย (๖๐) อนโดนเซย (๖๒) สงคโปร (๖๕) เปนตน จากขอกำหนดของมาตรฐานอางอง ITU-E.164 ขางตนทำใหการวางแผนและการ กำหนดหมายเลขโทรคมนาคมของแตละประเทศจะถกจำกดดวยจำนวนหลกของเอน (เอส) เอน ๕.๒ รปแบบของหมายเลขในประเทศไทย สำหรบหมายเลขในประเทศไทย สำนกงานกจการโทรคมนาคมแหงชาตหรอ กทช. (National Telecommunications Commission : NTC) ไดก ำหนดจำนวนหล กส ง ส ดสำหร บหมาย เลขโทรคมนาคม ไวเทากบ ๘ และ ๙ ตามประกาศ เชน [๔] ก) หมายเลขโทรศพทในพนทกรงเทพและปรมณฑล (นนทบร ปทมธานและสมทรปราการ) จำนวนหลกสงสดเทากบ ๘ ประกอบดวย ๑ หลก

รปท ๕.๑ รปแบบหมายเลขโทรคมนาคมสากล

จากรหส ๐๒ คอหมายเลข ๒ (ตดเลขศนยตวหนาออก) และอก ๗ หลกจากหมายเลขปลายทาง ข) หมายเลขโทรศพทในพนทสระบร ลพบร และสงหบร จำนวนหลกสงสดเทากบ ๘ ประกอบดวย ๑ หลกจากรหส ๐๓๖ คอหมายเลข ๓๖ (ตดเลขศนยตวหนาออก) และอก ๖ หลกจากหมายเลขปลายทาง ค) หมายเลขโทรศพทเคลอนท จำนวนหลกสงสดเทากบ ๙ ประกอบดวย ๒ หลกจากรหส ๐๘๑ คอหมายเลข ๘๑ (ตดเลขศนยตวหนาออก) และอก ๗ หลกจากหมายเลขปลายทาง ง) หมายเลขโทรศพทผานเครอขายอนเทอรเนต จำนวนหลกสงสดเทากบ ๙ ประกอบดวย ๒ หลกจากรหส ๐๖๐ คอหมายเลข ๖๐ (ตดเลขศนยตวหนาออก) และอก ๗ หลกจากหมายเลขปลายทาง ๕.๒.๑ หมายเลขในกรงเทพและปรมณฑล สำหรบในกรงเทพและปรมณฑลนน ๓ หลกแรกใชกำหนดรหสชมสาย หรอรหสพนทบรการยอย และ ๔ หลกหลงใชกำหนดเลขเฉพาะตวของคสาย เชน หมายเลข ๒xx xxxx แสดงวาเปนพนทชนในของกรงเทพมหานคร ( x หมายถงเลขใดๆ ) เชน หมายเลขสำหรบสำนกงานบรการโทรศพทของ บรษท ทโอท จำกด (มหาชน) ดงตารางท ๕.๑ ๕.๒.๒ หมายเลขในตางจงหวด การกำหนดกลมหมายเลขสำหรบพนท ใหบรการในตางจงหวดถกกำหนดกลมรหสพนทดงตารางท ๕.๒ และ ๕.๓

หมายเลข สำนกงานบรการโทรศพทของ บรษท ทโอท จำกด (มหาชน)

๒๔๑ ๔๖๐๐ สาขาสามเสน ๒๕๑ ๑๑๑๑ สาขาเพลนจต ๒๕๕ ๑๑๑๑ สาขาอโศกดนแดง

ตารางท ๕.๑ หมายเลขสำนกงานบรการโทรศพทของ บรษท ทโอท จำกด (มหาชน) ในกรงเทพมหานครและปรมณฑล

CC NDC SN

ไมเกน (๑๕-ก) หลก

national (significant) number

ไมเกน ๑๕ หลก

๑ถง๓


๖) จดหมายเหต ทฤษฎวาดวยปรมาณการใชงานวงจรโทรคมนาคม หรอการจราจรในเครอขายโทรคมนาคม มกจะอางถงนกคณตศาสตรและวศวกรชาวเดนมารคชอ แอกเนอร เออรแลง (Agner Krarup Erlang) โดยทเออรแลงมชวตอยระหวางป ค.ศ. ๑๘๗๘ ถง ๑๙๒๙ ป พ.ศ. ลำดบเหตการณสำคญ (ค.ศ.)

ตารางท ๕.๒ หมายเลขของพนทใหบรการตางๆ

หมายเลข สำนกงานบรการโทรศพท ของ บรษท ทโอท จำกด (มหาชน)

๐๓๖ ๒๒๒ ๐๐๙ สาขาสระบร

๐๔๒ ๒๔๔ ๒๔๔ สาขาอดรธาน ๑

๐๕๓ ๒๕๒ ๔๔๔ สาขาเชยงใหม ๑

๐๗๔ ๓๒๑๒๙๘ สาขาสงขลา

พนทใหบรการ กลมหมายเลข ภาคกลาง ๐๓x ๐๓๒ ๐๓๔ ๐๓๕ ๐๓๖ ๐๓๗ ๐๓๘ ๐๓๙ ภาคตะวนออก ๐๔x ๐๔๒ ๐๔๓ ๐๔๔ ๐๔๕ เฉยงเหนอ ภาคเหนอ ๐๕x ๐๕๓ ๐๕๔ ๐๕๕ ๐๕๖ ภาคใต ๐๗x ๐๗๓ ๐๗๔ ๐๗๕๐๗๖ ๐๗๗

ตารางท ๕.๓ หมายเลขสำนกงานบรการโทรศพทของ บรษท ทโอท จำกด (มหาชน) ในตางจงหวด

ตารางท ๖.๑ แสดงลำดบเหตการณสำคญ

๒๔๕๒ คณะกรรมการทปรกษาดานโทรศพทและโทรเลขระหวางชาตไดนำเสนอผล (1909) งานวชาการเกยวกบการเขาใชเครอขายโทรศพทสามารถอธบายไดดวยขบวนการ ปวสซอง [๕] ๒๔๖๐ เออรแลงไดบนทกหลกการเกยวกบการออกแบบชมสายโทรศพทแบบอตโนมต (1917) โดยใชทฤษฎของความนาจะเปนในชอ สตรเออรแลงบและสตรเออรแลงซ [๕] ๒๔๘๙ คณะกรรมการทปรกษาดานโทรศพทและโทรเลขระหวางชาต (CCITT) ไดตง (1946) ชอหนวยวดปรมาณการใชงานวงจรสอสารวา “เออรแลง” [๕] ๒๕๔๔ ๕ กรกฏาคม องคการโทรศพทแหงประเทศไทยเพมเลขหมายโทรศพททวประเทศ (2001) (Numbering Plan) จากเลขหมาย ๗ หลกเปน 8 หลก [๖] ๒๕๔๙ ๑ กนยายน คณะกรรมการกจการโทรคมนาคมแหงชาต (กทช.) กำหนดใหหมาย 2006) โทรศพทเคลอนทเปนเลข ๑๐ หลก จากเดม ๙ หลก


๗) บรรณานกรม [๑] Roger L. Freeman, Telecommunication System Engineering. 4th Edition, New Jersey: John Wiley and Sons, 2004. [๒] Neil J. Boucher, Cellular Radio Handbook. 4th Edition, New York: John Wiley and Sons, 2001. [๓] ITU-T Recommendation E.164.1, International operation – Numbering Plan of the International Telephone Service, 2005. [๔] คณะกรรมการกจการโทรคมนาคมแหงชาต, แผนเลขหมายโทรคมนาคม, ราชกจจานเบกษา เลม ๑๒๓ ตอนท ๕๐, ๑๘ พฤษภาคม ๒๕๔๙ [๕] E. Brockmeyer and H.L. Halstrom and Arne Jensen, The Life and Works of A.K.Erlang. Transactions of the Danish Academy of Technical Sciences. No. 2, 1948. [๖] ประเทศไทย, “บรษท ทโอท จำกด (มหาชน)”, อดตถงปจจบน, ๒๓ พฤษภาคม ๒๕๕ < http:// www.tot.co.th/>


บทท xโครงขายการสอสารขอมลความเรวสงเอสดเอช Synchronous Digital Hierarchy: SDH “การสอสารผานสายไฟฟา”

อารยตา ศรเพชร และวศรต ยทธชย การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย

๑) อภธานศพท (Glossary) โครงขายการสอสารขอมลความเรวสงเอสดเอช (Synchronous Digital Hierarchy: SDH) มาตรฐานทพฒนาโดยโดยสหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ ใชในการสอสารขอมลความเรวสงผานโครงขายเสนใยนำแสง โดยมอตราเรวในการสงขอมลตงแต ๑๕๕ เมกกะบตตอวนาทขนไป มการนำไปใชกบทกประเทศยกเวนอเมรกาเหนอและญปน โครงขายการสอสารขอมลความเรวสงโซเนต (Synchronous Optical Network: SONET) มาตรฐานทกำหนดโดยสถาบนมาตรฐานแหงชาตของสหรฐอเมรกาในการสอสารขอมลความเรวสงผานโครงขายเสนใยนำแสง โดยอปกรณทใชงานสามารถผลตใหสามารถทำงานรวมกนไดกบอปกรณในโครงขายการสอสารขอมลความเรวสงเอสดเอช มการนำมาใชกบอเมรกาเหนอและญปน เครอขายการสอสารขอมลความเรวสงพดเอช (Plesiochronous Digital Hierarchy: PDH) เทคโนโลยทใชในเครอขายการสงขอมลปรมาณมากบนอปกรณดจทลทสอสารผานระบบเสนใยนำแสงหรอระบบวทยไมโครเวฟโดยยอมใหมความ คลาดเคลอนของสญญาณนาฬกาไดเพยงเลกนอย

การแปลงสญญาณแบบพซเอม (Pulse Code Modulation: PCM) การสรางขอมลดจทลจากสญญาณแอนะลอกโดยการนำสญญาณแอนะลอกมาสมตวอยางโดยชวงเวลาทสมำเสมอจากนนจะนำขนาดของสญญาณทไดในแตละชวงของการสมตวอยางแทนดวยรหสในทางดจทลเพอนำไปใชงานตอไป มลตเพลกซแบบแบงความถหรอเอฟดเอม (Frequency Division Multiplex: FDM) การมลตเพลกซหรอการรวมใชชองสญญาณโดยรวมหลายสญญาณขอมลตามความถ เชนสญญาณขอมลของผใชหลายรายเขาดวยกนดวยการแบงชวงความถแตละชวงใหกบสญญาณขอมลของผใชแตละราย แลวนำไปผสมกบสญญาณคลนพาหะทแตกตางกนเพอสงออกไปยงปลายทาง มลตเพลกซแบบแบงตามเวลาหรอทดเอม (Time Division Multiplex: TDM) การมลตเพลกหรอการรวมใชชองสญญาณโดยรวมหลายสญญาณขอมลตามเวลาเชน สญญาณขอมลของผใชหลายรายเขาดวยกนดวยการแบงชวงเวลาแตละชวงใหกบสญญาณขอมลของผใชแตละราย แลวนำไปผสมกบสญญาณคลนพาหะเพอสงออกไปยงปลายทาง


๒) บทคดยอ โครงขายการสอสารขอมลความเรวสงเอสดเอชเปนมาตรฐานการสอสารทกำหนดโดยสหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ ในระบบเอสดเอชการใสเขาหรอดงออกสญญาณจากระดบสงไปยงระดบตำ หรอจากระดบตำไปยงระดบสงของการใชชองสญญาณรวมกน จะไมตองมการรวมหรอแยกสญญาณตามลำดบขนเหมอนกบในระบบพดเอช เนองจากการใชบรการตาง ๆ ทมหลากหลายมากขน ทำใหการมลตเพลกซแบบพดเอชซงเปนพฒนาการรนกอนหนานนไมสามารถตอบสนองความตองการในการสงสญญาณขอมลขนาดใหญทระยะทางไกลได ดงนนการนำเอสดเอชมาใชในระบบโทรคมนาคมจงสามารถทำใหตอบสนองความตองการทางคณภาพการสงทดขน การใหบรการทมากขน และความยดหยนคลองตวในการใชชองสญญาณได ระบบเอสดเอชสามารถนำไปใชกบงานในทกลกษณะของเครอขายทงสำหรบเครอขายยอยและเครอขายหลกทมระยะทางไกลหรอเครอขายทใชในการเชอมตอโดยทการใชเสนใยนำแสงแบบโหมดเดยวควบคไปกบระบบเอสดเอชจะทำใหเพมความจและความเรวสญญาณไดมาก Abstract Synchronous Digital Hierarchy (SDH) is an international standard defined by the International Telecommunication Union – Transmission (ITU-T). The synchronous transport method embodied in these standards not only fulfills all the requirements of a point-to-point transmission system, they also satisfy all the requirements of basic telecommunication network – switching, transmission and network control. Thus, SDH can be applied, in a seamless and unified manner, in all application sectors – the local loop, the inter-exchange network and the long-haul link. With single mode fibers as the transmission medium, the bandwidth frequency is to be exploited by going in for wide-band and high-speed transport in the digital domain. In SDH, multiplexing from a lower to higher signal hierarchy or demultiplexing from a higher to lower hierarchy can be done without going through each of the intermediate steps as that in Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH). The expectations of the users as well as the operators owing to the rapid advances in optical transmission, integrated electronics and software technologies expose the limitations of the existing PDH. Therefore, the need to transport a large volume of data over long distance to cater to a multitude service can be fulfilled with SDH system. With SDH, the telecommunication network can achieve better quality of service (QoS), more services and flexibility in multiplexing and demultiplexing process.

๓) บทนำ (Introduction) ยคแรกของการพฒนาวธการทจะรองรบผใชงานโทรศพททมมากขนเพอการใชชองสญญาณรวมกนนนเปนการนำระบบมลตเพลกซแบบแบงตามความถ(Frequency Division Multiplex: FDM) มาใชรวมกบชองสญญาณเสยงหรอโทรศพท จากการกาวหนาในวงจรสารกงตวนำและความตองการใชชองสญญาณโทรศพททมากขน ชวงครสตทศวรรษท 1960 การแปลงสญญาณ แอนะลอคเปนดจทล

หรอพซเอม (Pulse Code Modulation) เปนวธการใหมในการแปลงสญญาณขอมลเพอการใชงานแบบดจทลของการมลต เพลกซแบบแบงเวลา (Time Division Multiplex: TDM) วธการพซเอมจะสงขอมลเสยงทแปลงแลวดวยอตราบต ๖๔ กโลบตตอวนาท (kbps)สำหรบหนงชองสญญาณเสยง และจะรวม ๓๐ ชองสญญาณในการสงออกไป อาศยเทคนคการมลตเพลกซแบบแบงตามเวลาเพอรวมชอง


สญญาณทงหมดสงผานเครอขายดวยอตราบต ๒,๐๔๘ กโลบตตอวนาท สญญาณในระดบ ๒ เมกกะบตตอวนาท (Mbps) รจกกนในชอ E1 ซงใชในประเทศตางๆ ยกเวนในประเทศสหรฐอเมรกา แคนาดา และญปนทเปนการรวมเพยง ๒๔ ชองสญญาณเสยง และมอตราการสงขอมลท ๑,๕๔๔ กโลบตตอวนาททเรยกวา T1 เมอความตองการใชงานชองสญญาณมมากขน ชนหรอการจดลำดบขนความสำคญของการรวมสญญาณกจะเพมขน จงเปนทมาของระบบการสงขอมลแบบพดเอช (Plesio chronous Digital Hierarchy: PDH) โดยมมาตรฐานซงใชในยโรปจะเปนการรวม ๔ ชองสญญาณของสญญาณทมอตราในระดบ ๒ เมกะบตตอวนาท เปนสญญาณรวมทมอตราในระดบ ๘ เมกะบตตอวนาท เมอตองการจำนวนชองสญญาณมากขนกใชการรวมชองสญญาณในลกษณะคลาย คลงกน โดยการรวมชองสญญาณแบบในระบบพดเอช นนอตราการสงขอมลระดบตำทมารวมกนจะมความแตกตางกนเลกนอย ทำใหตองมการปรบอตราบตใหเทากน ในทกๆระดบชนของการรวมสญญาณ [๑]

ดวยขอจำกดของระบบการสอสารขอมลดจทลในระบบพดเอชทขาดความยดหยนในการเพมหรอลดชองสญญาณระดบอตราบตพนฐาน E1 หรอ T1 ท จำเปนตองมการรวมหรอแยกสญญาณตามลำดบชน และเมอมการปรบอตราบตของสญญาณจะไม

× n แสดงถงจำนวนสญญาณทนำมารวม

รปท ๔.๑ พนฐานทวไปเพอการอางองโครงสรางการมลตเพลกซสญญาณตามมาตรฐาน G.707


เชาททำไดรวดเรว และการควบคมหรอเฝาดสถานะรวมทงแกไขปญหาเมอระบบเสยหายใชงานไมไดเชน มการขาดของเสนใยนำแสงหรอการลมเหลวของอปกรณบางสวนจากสวนกลางโดยโครงขายสำหรบบรหารจดการโทรคมนาคม (Telecommunications Management Network) รวมทงการรองรบการเชอมโยงอปกรณโดยผผลตทแตกตางกนสามารถทำไดสะดวกเนองจากเปนมาตรฐานเดยวกน [๒] ๔) หลกการทำงานเพอการอางอง (Principle of Operation) การทำงานโดยทวไปของระบบเอสดเอชคอ การรวมสญญาณในระดบทตำกวามาอยในระดบทสง

รปท ๔.๒ พนฐานเพอการอางองโครงสรางเฟรม STM-1

สามารถบอกตำแหนงทแนนอนของขอมลชองสญญาณระดบอตราบตพนฐาน รวมทงการทไมมความสามารถในการเฝาตรวจสมรรถนะของการสงขอมลและการบรหารจดการโครงขายทเพยงพอ ตอมาในชวงปลายครสตทศวรรษท ๑๙๘๐ ระบบการสอสารขอมลความเรวสงเอสดเอช (Synchronous Digital Hierarchy: SDH) กไดกำเนดขนและเขามามบทบาทในการสงขอมลความเรวสงเพอลดขอจำกดทมในระบบการสอสารพดเอชเดม โครงขายการสอสารขอมลความเรวสงเอสดเอช มลกษณะเดนคอ การเพมและลดจำนวนชองสญญาณทำไดงายโดยไมตองทำการรวมหรอแยกสญญาณตามลำดบชน การเปลยนเสนทางของวงจร


กว า โดยหลกการรวมสญญาณไดกำหนดเปนมาตรฐานไว เอสดเอชมอตราการสงพนฐานทระดบ STM-1 (Synchronous Transport Module Level 1) ดวยอตราการสงขอมล ๑๕๕.๕๒ เมกะบตตอวนาท ซ ง เทยบกบ STS-3 (Synchronous Transport Signal Level 3) หรอ OC-3 (Optical Container Level 3) ของระบบโซเนต [๓] นอกจากหลกการในการรวมของสญญาณแลว มาตรฐานยงไดกำหนดโครงสรางของ STM-1 ซงเมอนำสวนประกอบตาง ๆ ทไดกำหนดไวมารวมกนแลวมกเรยกสวนประกอบทนำมารวมกนวาเฟรม โดยสวนแตละสวนไดถกกำหนดหนาทไวเชน สวนเซคชนโอเวอรเฮด (Section Overhead:SOH) ทำหนาทการปรบตงเฟรม บรหารจดการและบำรงรกษาชองสญญาณ สวนเพยโหลด(Payload) ทำหนาทเกยวกบการจดการขอมล โดยทงสวนของโอเวอรเฮดและเพยโหลดไดมการจดแบงเปนสวน ๆ เพอทำหนาทยอย

๗) บรรณานกรม [๑] พงษศกด สสมพนธไพบลย, สอสญญาณโทรคมนาคม. กรงเทพฯ: ดวงกมล, ๒๕๔๒ [๒] A. Selvarajan, S. Kar and T. Srinivas, Optical Fiber Communication Principles and Systems. Singapore: McGraw Hill, 2002. [๓] Harold Kolimbiris, Fiber Optics Communications. New Jersey: Prentice Hall, 2004.

ตารางท ๖.๑ เหตการณสำคญของโครงขายการสอสารขอมลความเรวสงเอสดเอช

ป พ.ศ. ลำดบเหตการณสำคญ

(ค.ศ.)

๒๔๘๑ อเลก รฟส (Alec Reeves) ไดจดสทธบตรการแปลงสญญาณแบบพซเอมซง (1938) เปนการแปลงสญญาณแอนาลอกเปนรหสดจทล ๒๕๓๑ สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศหรอไอทยไดออกมาตรฐานเกยวกบพดเอส (1988) ซงเปนเทคโนโลยทใชในการรวมขอมลดจทลเพอสงขอมลในปรมาณมาก ๒๕๓๕ สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศหรอไอทย ไดออกมาตรฐานเกยวกบ (1992) เอสดเอชขนเพอตอบสนองความตองการในการสงขอมล และแกปญหาทมในพดเอส

๕) มาตรฐาน (Standards) มาตรฐานของระบบเอสดเอชถกกำหนดขนโดย สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ ในป พ.ศ. ๒๕๓๑(ค.ศ.1988) โดยในป พ.ศ. ๒๕๓๒ (ค.ศ.1989) สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ ไดกำหนดมาตรฐานตาง ๆ ทเกยวของกบการสงสญญาณของเอสดเอช โดย Rec.G.702, G.703, G.707, G.708 และ G.709 ครอบคลมเรองอตราเรวของการสงสญญาณ โครงสรางเฟรม โครงสรางการมลตเพลกซ และการแมพสญญาณ ทรบทาร Rec. G.781, G.782 และ G.783 ครอบคลมในเรองของมาตรฐานในสวนของอปกรณ และ Rec. G.784 เปนมาตรฐานของการบรหารจดการโครงขาย นอกจากนสหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศยงไดกำหนดคณสมบตของแตละอตราความเรวในการสงสญญาณไวใน Rec. G.957

๖) จดหมายเหต เหตการณสำคญของโครงขายการสอสารขอมลความเรวสงเอสดเอช มลำดบเหตการณดงน


บทท xพนฐานคณภาพการบรการในเครอขายการสอสาร Quality of Service (QoS) in Telecommunication Networks

ธรภทร สงวนกชกร สถาบนเทคโนโลยแหงเอเซย

๑) อภธานศพท (Glossary) คณภาพการบรการ การควบคมพฤตกรรมตางๆ ทเกยวของของระบบเพอใหบรการทมคณภาพเชน มการรบประกนเวลาทใชในการสงขอมล การสญหายของขอมลและคณภาพของสญญาณตามทไดกำหนดไว เปนตน แบบจำลองอางองสำหรบการเชอมตอระหวางระบบเปด (Open System Inter connection Reference Model: OSI RM) มาตรฐานสำหรบการเชอมตอระหวางระบบทไมอางองกบระบบเฉพาะระบบใดๆ โดยมาตรฐานนถกพฒนาโดยองคการระหวางประเทศวาดวยการมาตรฐานหรอ ไอโซ (International Organization for Standardization: ISO) ในป ค.ศ 1984 (พ.ศ. ๒๕๒๗) โดยกลาวถงโครงสรางการตดตอสอสารระหวางคอมพวเตอร ซงแบงเปนชนตางๆ ๗ ชนคอ กายภาพ (Physical) เชอมตอขอมล (Data Link) เครอขาย (Network) ขนสง (Transport) ชวงเวลา (Session) การนำเสนอ (Presentation) งานประยกต (Application) ภาวะถายโอนแบบไมประสานทางเวลาหรอ เอทเอม (Asynchronous Transfer Mode: ATM) มาตรฐานสำหรบการสงขอมลความเรวสงกบขอมลหลายรปแบบเชน เสยง วดโอ ขอมล โดยการแบงขอมลเปนขอมลยอยๆทมขนาดคงทเรยกวาเซลลแตละเซลลมความยาว ๕๓ ไบต แลวสงขอมลซงถกแบงเปนเซลลยอยๆ นกระจายไปในแตละขาย

เชอมโยง ทำใหลดเวลาหนวงลงไดและสงขอมลไดอตราเรวสงขน โพรโทคอลอนเทอรเนต (Internet Protocol: IP) โพรโทคอลซงใชในการสงขอมลผานเครอขายอนเทอรเนต มลกษณะการแบงขอมลเปนขนาดความยาวตางๆ ซงเรยกวาแพกเกต เพอใชสำหรบสงผานเครอขายแบบสวตชชงซงมลกษณะการสงขอมลแบบแบงเปนสวนๆหรอแพกเกต วศวกรรมทราฟก (Traffic Engineering) ขนตอนวธการจดการกบทราฟกขอมลซงสงผานเสนทางตางๆ ในเครอขาย ประกอบดวยสวนตางๆ เชน การควบคมความคบคงของทราฟกขอมล การควบคมการไหลของขอมล การจดลำดบเวลาและการเขาควของแพกเกตขอมล การควบคมอนญาตการเชอมตอ บรการแบบบรการรวม (Integrated Services: IntServ) การใหคณภาพการบรการโดยมลกษณะบรการแบบการจองทรพยากรเครอขายโดยทำการจดเตรยมเสนทางและจองทรพยากรทงหมดทตองใชในการสงขอมลตามเสนทางขอมลทสงตองผานสถานเชอมโยงและอปกรณตางๆ ในเครอขาย เหมาะสำหรบงานประยกตแบบเวลาเสมอนจรงซงตองการการตอบสนองอยางทนทวงทเชน การสงขอมลเสยงพด บรการแบบความแตกตาง (Differentiated Services: DiffServ) การใหคณภาพการบรการโดยมลกษณะบรการ


แบบแบงทราฟกขอมลเปนกลมประเภท แลวกลไกการจดการคณภาพจะจดการทราฟกตามประเภททแบงไวดวยวธการกำหนดรหสซ งใช ในการแบงประเภทการบรการดงกลาว เรยกวา รหสประจำตวความแตกตางการบรการ (Differentiated Service Code Point: DSCP) ซงมขนาด ๖ บต บรรจไวในสวนหวของไอพ

พฤตกรรมแตละชวงเชอมตอ (Per-Hop Behavior: PHB) การจดกำหนด การการจดลำดบคว การ กำหนดนโยบายหรอการจดรปแบบ ใหกบแพกเกตขอมลทถกสงระหวางโนดหรอสถานฐานในขายเชอมโยงของเครอขาย

๒) บทคดยอ เครอขายการสอสารซงใชรองรบการใหบรการประเภทตางๆ ของผใชบรการจะทำงานไดดเมอเครอขายนนสามารถตอบสนองความตองการของผใชบรการโดยรบประกนคณภาพการบรการโดยมความนาเชอถอ คาเวลาหนวงและคณภาพการบรการไดตามทกำหนดและดวยราคาเหมาะสมเนองดวยการใหบรการตางๆ ในเครอขายมลกษณะขอมลเปนแบบสอประสมหลายแบบซงประกอบดวยทงภาพและเสยง ทำใหมความตองการกลไกในเครอขายการสอสารทสามารถรองรบความตองการดงกลาวได กลไกทใชในการจดการกบแพกเกตขอมลในการประมวลผลและสงตอแพกเกตขอมลเพอตอบสนองคณภาพการบรการตามทกำหนดนนเรยกวา คณภาพการบรการ (Quality of Service: QoS) คณภาพการบรการดงกลาวเปนสวนหนงทสำคญสำหรบเครอขายการสอสารโดยมวธการทหลากหลายทใชในการจดการคณภาพการบรการซงกลาวถงแบบจำลองและมาตรฐานวธการเทคโนโลยทเกยวของ รวมทงแนวคดและโครงสรางพนฐานทสำคญของคณภาพการบรการในเครอขายสำหรบการเชอมตอระหวางระบบเปดในเครอขายเอทเอม และเครอขายไอพ Abstract Many networks handling various types of services are demanded to provide their users guarantees on qualities of delivered services. Elements of those qualities include reliability, delay, and so on complying to their stated commitment to their users at reasonable prices. A typical portion of network traffic is multimedia that consists of audio and visual data. To serve such requirement, Quality of Service (QoS) mechanisms have been required to address and handle multimedia data packets during transmission and regarded as one of the most important features in communication networks. A general model and approaches to the existing standards and network technologies are important. Moreover, the fundamental concept and framework of QoS for OSI, QoS in ATM networks and QoS for IP networks are necessary to understand this QoS.

๓) บทนำ การใหบรการทหลากหลายผานระบบเครอขาย ไดแกอนเทอรเนต การใหบรการสนทนาผานเครอขาย (voice over IP) บรการวดทศนตามคำขอ (video on demand) บรการการแพทยทางไกล (telemedicine) ทำใหมความตองการใชแบนดวดทในปรมาณทมากขน ระบบเครอขายจงจำเปนตอง

รองรบการเขาใชงานทหลากหลายของผใชบรการในเวลาเดยวกนและมการรบประกนคณภาพของการใหบรการ คณภาพการใหบรการจงเปนปจจยทสำคญของเครอขาย โดยคณภาพการบรการจะกลาวถงความสามารถในการใหบรการทมประสทธภาพและมความคงเสนคงวาอยในระดบเดยวกนโดยวดไดจาก


ตวแปรท เกยวของซงใชวดคณภาพเชนในระบบโทรศพท คณภาพการบรการจะถกวดจากเวลาทใชในการสรางการตดตอเมอมการตอหรอเรยกใชโทรศพทเพอทำการตดตอและคณภาพของเสยงรวมทงความเชอถอไดของการเชอมตอโดยไมเกดการขาดหายของสญญาณ เปนตน สำหรบเครอขายอนเทอรเนตซงมการเจรญเตบโตอยางรวดเรวและมการพฒนาการเพอใหสามารถรองรบความตองการคณภาพการบรการทหลากหลาย ทำใหผใหบรการเครอขายตองหาวธในการจดการเพอยงคงใหเครอขายสามารถรองรบปรมาณขอมลของผใชทเพมขนไดและใชเครอขายไดอยางมประสทธภาพมากทสดโดยยงคงสามารถตอบสนองคณภาพการบรการตามทกำหนดไดดงนคอ มการบรหารการใชแบนดวดทใหกบผใชอยางเสมอภาคและเหมาะสมโดยรบประกนปรมาณการจราจของขอมลหรอทราฟก (Traffic) ขอมลของผใชจะไมสงผลกระทบตอคณภาพการบรการของผใชรายอน นอกจากนเครอขายยงตองสามารถรองรบรปแบบโพรโทรคอลทหลากหลายเพอเชอมตอกบเครอขายอนและสงขอมลผานเครอขาย

ไปยงปลายทางไดอยางมประสทธภาพ รวมทงสามารถรองรบและทำงานรวมกบอปกรณทหลากหลายจากผผลตตางรายไดดวย ๔) ความหมายและแบบจำลองของคณภาพการบรการ การสงขอมลจากผสงไปยงผรบปลายทางในเครอขายการสอสาร ขอมลจะถกสงจากอปกรณตนทาง ผานสถานเชอมตอหรอโนดในเครอขายเดยวกนหรอการเชอมตอผานสถานเชอมตอของเครอขายอน เพอสงผานขอมลจากผสงไปยงอปกรณทผรบปลายทาง ดงรปท ๔.๑ ในการสงขอมลไปยงสถานถดไปนนจะตองรอใหสถานถดไปพรอมทจะรบขอมลดงกลาวกอนจงจะทำการสงซงทำใหเกดเวลาหนวงขน นอกจากนยงมปญหาเรองของความหนาแนนของปรมาณขอมลทสงผานระหวางสถานของผใชบรการตางๆ ในระบบ และปญหาการสญหายหรอเกดความผดพลาดของขอมลทสงระหวางการสงขอมล ซงผลกระทบตางๆ ดงกลาวจะสงผลตอคณภาพของการใหบรการ

รปท ๔.๑ คณภาพการบรการของการสงขอมลจากสถานสงถงสถานรบ [๔]


๕) แบบจำลองคณภาพการบรการสำหรบการเชอมตอระหวางระบบเปด การควบคมคณภาพสำหรบการบรการเกดจากแนวคดในการกำหนดและจดการคาตวแปรตางๆ ซงเกยวของและมผลตอการควบคมคณภาพสำหรบการตดตอสอสารในเครอขายเพอเชอมตอระหวางเครอขายของระบบเปด หลงจากนนจงถกนำมาใชอางองเปนพนฐานสำหรบเครอขายเฉพาะอนๆ โครงสรางหรอแบบจำลองของคณภาพการบรการ สำหรบการเชอมตอระหวางระบบเปด (Model of QoS for OSI) ไดรบการออกแบบโดยอยบนพนฐานของแนวคดโครงสรางและการจดการซงองอยกบแบบจำลองอางองสำหรบการเชอมตอระหวางระบบเปด ประกอบดวย ก) หนวยหรอกลมของขอมลคณภาพการบรการในระดบระบบ (system QoS entities) คอกลมขอมลหรอตวแปรซงถกใชทงระบบเพอควบคมคณภาพในภาพรวมทงระบบและจะมการตดตอกบกลมขอมลคณภาพการบรการในระดบชน (layer QoS entities) โดยทำการเฝาสงเกต และคอยควบคมการทำงาน การจดการเพอปรบเปลยนคาตางๆ เพอใหไดคณภาพการบรการทตองการ ข) หนวยหรอกลมขอมลคณภาพการบรการในระดบชน (layer QoS entities) คอกลมของขอมลหรอตวแปรซงถกใชงานในระดบชนยอยของระบบและถกใชในการควบคมตดตอกบของกลมขอมลของโพรโทคอลโดยตรง เพอใชในการควบคมคณภาพของการเชอมตอในการสงขอมล โดยกลมขอมลในระดบระบบจะทำการควบคมสวนตางๆ ซงอาจมการตดตอและตกลงกนระหวางระดบชนของผใชบรการถงระดบความตองการคณภาพของบรการ และผใหบรการเครอขายนนเพอตอบสนองคณภาพการบรการทตองการได ความสมพนธของหนวยของขอมลคณภาพการบรการในระดบระบบ จะมการตดตอกบผใชบรการ ผใหบรการ และจะมการตดตอกบหนวยของขอมลคณภาพการบรการในระดบของระบบยอย แสดงดงรปท ๕.๑

รปท ๕.๑ ความสมพนธของหนวยคณภาพการบรการของระบบยอยกบหนวยคณภาพการบรการของระบบ (system to layer QoS entity) [๑]

(N)-ผใชบรการ (Service User)

หนวยคณภาพการบรการของระบบยอย

(Layer QoS entities)

(N-1)-ผใชบรการ (Service Provider)

หนวยคณภาพการบรการของระบบ

(system Qos entities)

๖) คณภาพการบรการในเครอขายเอทเอม การจดการคณภาพการบรการในเครอขายเอทเอม (QoS in ATM Network) เพอใหใชแบนดวดทของเครอขายไดอยางมประสทธภาพและสามารถรบประกนคณภาพการบรการในระดบตางๆ ทแตกตางกน วธหนงนนทำไดโดยใชเทคนคการจดการการจราจรหรอทราฟกดวยวธการมลตเพลกซทางเวลาหรอ ทดเอม (Time Division Multiplexing: TDM) เพอใหสามารถใชแบนดวดทไดสงและมความยดหยนและสามารถปรบเปลยนใหตอบสนองกบความตองการคณภาพการบรการทแตกตางกนไดของขอมลประเภทตางๆ อยางไรกตามความซบซอนจะเพมขน ขนอยกบทราฟกและประเภทหรอชนดของบรการ การจดการทราฟกของระบบเอทเอม สามารถแบงเปนชนตามฟงกชนและขนตอน ดงรปท ๖.๑ ฟงกชนการจดการทราฟกของระบบเอทเอมเรมจากงานประยกตจะตดตอกบเครอขายเพอทำขอตกลงของทราฟก (traffic contract) โดยขอตกลงของท


ราฟกจะกลาวถงรายละเอยดลกษณะของทราฟกขอมลแตละประเภทและระดบการใหบรการของการเชอมตอทเหมาะสมตามประเภทขอมลทแบงไว การแบงระดบของการใหบรการเปนหมวดหมจะบอกถงคณภาพการบรการทตองการและลกษณะของทราฟกของบรการนน ในระบบเอทเอมจะใชการแบงระดบของบรการเปนหมวดหมนในการสรางการเชอมตอทเหมาะสม หลงจากทไดทำการสรางขอตกลงทราฟกสำหรบการเชอมตอแลว เครอขายจะประยกตใชการควบคมการอนญาตการเชอมตอเพอประเมนวาจะอนญาตใหสรางการเชอมตอหรอไม โดยดวาหากทำการสรางการเชอมตอแลวจะไดคณภาพการบรการทคาดไวและไมกระทบกบคณภาพการบรการซงเชอมตอไวกอนหนาและเพอใหเกดการรบประกนคณภาพทงการเชอมตอเดมและใหม เครอขายจงตองเฝาตดตามควบคมใหการใชงานในการสงขอมลนนเปนไปตามขอตกลงทราฟกเพอไมใหกระทบกบคณภาพการบรการของผใชรายอน ทราฟกจะถกสงเขาเครอขายและถกมลตเพลกซทเวลาตางๆ โดยมการพกและเขาควเพอจดลำดบกอนหลงตามชนดการเชอมตอและระดบคณภาพการบรการ กอนทจะถกสงไปยงเสนทางเชอมโยงตางๆ เพอใหไดประสทธภาพสงทสด อยางไรกตามความคบคงของทราฟกอาจจะเกดขนไดเนองจากการขนาดทพกชวคราวของขอมลในแตละสถานรองรบทราฟกขอมลไมทน จงตองมการควบคมจดการความคบคงของทราฟก (congestion control) ทเขามาทแตละสถานเชอมตอซงทำไดโดยมการเลอกหรอคดออก (Drop precedence) ทเขามาและจดลำดบขอมลออกอยางเหมาะสมตามลำดบความสำคญเพอใหยงคงสามารถรบประกนคณภาพการบรการได สำหรบเครอขายบางระบบอาจมขนตอนในการจดการและควบคมการไหลของขอมล (Flow control) เพมเขามาเพอปองกนไมใหเกดภาวะความคบคงของทราฟกดวย ๖.๑ ประเภทของบรการเอทเอม ระบบเอทเอมมการนยามและกำหนดเกยวกบคณภาพการบรการดวยวธท ค อนข างซบซอน

รปท ๖.๑ ความสมพนธของฟงกชนในการจดการการจราจรหรอทราฟก [๒]

ควบคมการอนญาตการเชอมตอ

การเฝาตดตามการปฎบตตาม

การลำดบคว และกำหนดเวลา

การควบคมการไหล

ควบคมความคบคง

วศวกรรมการออกแบบเครอขาย

ขอตกลงทราฟค

ประเภทบรการ

ตวบอกทราฟค

เปาจดประสงคคณภาพการบรการ

นยามการปฎบตตาม

งานประยกต

ระดบ

การเ

ชอมต

อ ระ

ดบเซ

ลล

อยางไรกตามเพอใหสะดวกกบผ ใชทวไป คณะทำงานเอทเอมไดออกขอกำหนดสำหรบการจดการทราฟก (ATM Forum Traffic Management 4.0 specification: TM 4.0) จะกลาวถงรายละเอยดในเรองประเภทของบรการเอทเอม (ATM-Oriented Service Categories) ซงสมพนธกบอตราการสงขอมลและคณภาพการบรการอยางชดเจน โดยบรการแตละประเภทจะประกอบดวย ขอตกลงทราฟก และคณลกษณะของคณภาพการบรการดงน ก) บรการแบบอตราเรวทคงทหรอ ซบอาร (Constant Bit Rate service: CBR) สำหรบงานประยกตในลกษณะทมความตองการขอมลทนทและตอเนอง ตองสามารถสงปรมาณขอมลใหไดตามทตองการภายในเวลาทกำหนดรวมทงมคาเวลาหนวงทเกดขนไมเกนทกำหนด เชน การสงสญญาณเสยง สญญาณวดโอ


ข) บรการแบบอตราเรวแปรผนไดเวลาเสมอนจรง (Real-time Variable Bit Rate service: rt-VBR) ใชสำหรบรองรบงานประยกตทเวลาหนวงในการสงขอมลเปนเรองสำคญ มการกำหนดพารามเตอรของรปแบบประเภทของทราฟกและหาคาเวลาหนวงทอาจเกดขนในกรณทแยทสดซงเครอขายยงสามารถรบประกนคณภาพการบรการตามทกำหนดไวดงตวอยาง การถายทอดโทรศทนผานอนเทอรเนต (Internet Protocal Television: IPTV) ค) บรการแบบอตราเรวแปรผนไมไดเวลาไมเสมอนจรง (Non-real-time Variable Bit Rate service: nrt-VBR) ใชสำหรบรองรบงานประยกตทไมมเงอนไขดานเวลาหนวงแตยงคงใชอตราเรวขอมลซงสามารถแปรผนได ตวอยาง การสงขอมลแบบแพกเกตซงนยมใชในอนเทอรเนต ง) อตราเรวบตพรอมใชหรอ เอบอาร (Available Bit Rate service: ABR) บรการจะทำงานรวมกนกบแหลงขอมลตนทางในการปรบเปลยนอตราการสงขอมลเพอตอบสนองกบเครอขาย

แบบแปรผนอตราการสงขอมลไดโดยใชการปอนกลบของการควบคมปอนกลบแบบปด เปาหมายของบรการชนดนเพอใหผใชสามารถปรบอตราการสงขอมลใหสอดคลองกบทราฟกขอมลในเครอขายขณะนน ทำใหโอกาสการสญเสยขอมลในเครอขายตำ วธการนงานประยกตจะกำหนดอตราการสงขอมลสงสด และอตราการถกเรยกโดยเซลลขอมลเอทเอมตำสด บรการชนดนไมไดบอกถงขอบเขตเวลาหนวงทเกดขน ดงนนจงไมเหมาะกบงานประยกตแบบเวลาเสมอนจรง ตวอยางบรการทเหมาะกบรปแบบน ไดแก การโอนยายไฟลในเครอขาย การเชอมตอในระบบเครอขายทองถน (local area network: LAN) งานทมตดตอกบฐานขอมล จ) บรการแบบอตราเรวบตไมระบหรอ ยบอาร (Unspecified Bit Rate service: UBR) บรการชนดนไมมขอกำหนดทงเงอนไขเวลาหนวงและการไมคงทของเวลาหนวง โดยในความเปนจรงแลวบรการดงกลาวนไมมทงขอกำหนดในเรองของคณภาพการบรการและการรบประกนอตราการสงผานของ

รปท ๖.๒ ความสมพนธของประเภทของบรการกบเปอรเซนตของความจเครอขาย


ปรมาณขอมล ตวอยางบรการชนดน ไดแก อนเทอรเนต และเครอขายทองถน (Local Area Network: LAN) จากประเภทบรการของเอท เอมด งกลาว สามารถแสดงความสมพนธของประเภทของบรการกบเปอรเซนตของความจเครอขายไดดงรปท ๖.๒ ๗) คณภาพการบรการในเครอขายไอพ (QoS in IP Networks) คณภาพการบรการในเครอขายไอพเปนการนำแตละคณภาพการบรการของการเชอมตอแบบปลายถงปลาย (End-to-End QoS) มาเชอมตอกน ทำใหคณภาพการบรการขนอยกบคณภาพการบรการในแตละการเชอมตอแบบปลายถงปลายทนำมาเชอมเขาดวยกนจนเปนเครอขายไอพ เครอขายไอพถกใชในการสงทราฟกขอมลไปยงผใช ซงมรปแบการใชงานทหลากหลาย เชน ระบบโทรศพทผานไอพ (Voice over IP) เครอขายสวนตวเสมอนผานไอพ (Virtual Private Networks: VPN) การทำพาณชยอเลกทรอนกสผานเครอขาย (E-Commerce) ทำใหผใชมความตองการระดบการตอบสนองของบรการทแตกตางกน คณภาพการบรการของโทรศพทผานเครอขายทองถนจะขนอย

รปท ๗.๑ คณภาพการบรการของการเชอมตอแบบปลายถงปลาย (End-to-End QoS) [๓]

กบคณภาพการบรการของเครอขายทองถนนน ขณะทคณภาพการบรการของโทรศพทผานเครอขายอนเทอรเนต ดงรป ๗.๑ ซงตองผานเครอขายทองถนจากตนทาง ไปยงเครอขายของผใหบรการ (Internet Service Provider: ISPs) และผานเครอขายหลกไอพ (Backbone IP) ก) คณภาพการบรการแตละชวงเชอมตอ (Per-hop QoS) หนวยยอยในเครอขายทสามารถควบคมได คอโนด เชน อปกรณหาเสนทาง (Router) หรอสวตช (Switch) ถกใชในการเชอมตอระหวางสถานเชอมโยงเขาดวยกน โนดทำหนาทในการจดลำดบเวลา (Scheduling) และการเขาคว (queuing) ใหเพยงพอในการสงขอมลผานในแตละสถานฐานและจดการคณภาพการบรการในการเชอมโยงไดตามทกำหนดไว ข) วศวกรรมทราฟกและการหาเสนทาง (Routing and traffic engineering) เมอมเสนทางหลายเสนทางในการสงผาน การกระจายทราฟกขอมลไปยงเสนทางอนๆ ในเครอขายจะชวยลดภาระหรอโหลดในการสงไปยงเสนทางเดยว ทำใหคณภาพการใหบรการไดดขนเนองจากโอกาสในการทงแพกเกตขอมลทอปกรณจดเสนทาง (Router) แตละตวลดลง นอกจากนยงทำหนาทคนหาวธการการ


กระจายขอมลไปยงเสนทางตางๆ ซงอาจประกอบดวยเสนทางซงไมใชเสนทางทสนทสดนนไดอยางเหมาะสม ค) การจดเตรยมและใหสญญาณ (Signaling and provisioning) การควบคมคณภาพการบรการของการสงขอมลในแตละชวงเชอมตอและการสงตอไปยงเสนทางทอาจไมใชเสนทางทสนทสดนนทำไดยาก ในทางปฎบตตองการตวแปรซ งใช ในการกระจายขอมลไปในเครอขายและเงอนไขของอปกรณจดเสนทางหรอสวตชทงหมดในเครอขาย โดยขอมลใหมจะถกกระจายเมอผใชเปลยนความตองการของคณภาพการบรการ ๗.๑ แบบจำลองคณภาพการบรการของเครอขายไอพ (IP’s QoS-Oriented Network Models) กลมซงทำหนาทผลกดนทางดานวศวกรรมอนเทอรเนต (The Internet Engineering task Force: IETF) ไดกำหนดแบบจำลองการบรการสำหรบการทำใหเกดผลของคณภาพการบรการขนมาสองสวน คอ ๗.๑.๑ บรการแบบบรการรวม (Integra ted Services: IntServ) การบรการแบบบรการรวม (Integrated Services: IntServ) มลกษณะบรการแบบการจองทรพยากร เหมาะสำหรบงานประยกตแบบเวลาเสมอนจรง (real-time) ซงตองการการตอบสนองอยางทนทวงทเชน การสงขอมลเสยงพด วธการน

กอนทงานประยกตจะทำการสงขอมล จะตองทำการจดเตรยมเสนทางและจองทรพยากรทงหมดทตองใชในการสงขอมลตามเสนทางในเครอขายซงขอมลทสงตองผานสถานเชอมโยงและอปกรณตางๆ ในเครอขายเชน อปกรณจดเสนทาง โดยใชการสงสญญาณผานโพรโทคอลเชน โพรโทรคอลอารเอสวพ (RSVP) ในการจดเตรยมเสนทางและจองทรพยากรใหกบแตละอปกรณทใชเชอมโยงเสนทางการสงขอมลไปยงสถานรบปลายทาง โครงสรางการบรการแบบบรการรวมสามารถแบงเปนชนการบรการไดสองชน ตามทกลมซงทำหนาทผลกดนทางดานวศวกรรมอนเทอรเนตเสนอขนมาคอ การรบประกนการบรการ (Guaranteed Service) และการควบคมโหลดในการบรการ (Controlled-Load Service) ก) บรการซ งรบประกนได (Guaranteed Service) ถกใชสำหรบงานประยกตทตองการรบประกนเวลาหนวงทเกดขนในการสงขอมลไปยงสถานปลายทาง บรการชนดนตองการการไหลของขอมลซงมการใชการจดควแยกตางหาก ซงโดยทวไปจะทำใหเกดการใชประโยชนของเครอขายอยในระดบตำ ข) บรการซงควบคมภาระของโหลด (Control led Load Service) ถกใชสำหรบงานประยกตทตองการความนาเชอถอในการสงขอมลโดยการพยายามใหบรการทด มเวลาหนวงตำภายใตสภาวะ

รปท ๗.๒ โพรโทรคอลอารเอสวพ (RSVP)


ของโหลดนอยถงปานกลาง เปนการยกระดบความพยายามใหบรการใหดทสด (Best-effort service) ของเครอขายอนเทอรเนต ในการตอบสนองคณภาพการบรการทตองการของงานประยกตดงกลาว จะใชโพรโทคอล RSVP ในการจองทรพยากรทตองใช อธบายไดดงรปท ๗.๒ เรมจากงานประยกตทสถานสงจะสงสญญาณของขอมลเสนทาง (Path message) ไปยงแตละอปกรณเชอมโยงในเครอขาย เชน อปกรณจดเสนทาง เพอระบคณลกษณะของทราฟก หลงจากอปกรณเชอมโยงในแตละโนดไดรบสญญาณของขอมลเสนทางแลว กจะตอบสนองตอขอความของ RSVP ในการรองขอทรพยากรซงใชในการจดการทศทางการไหลของขอมล ซงอปกรณเชอมโยงอาจจะทำการปฎเสธหรอตอบรบการรองขอ ถาปฎเสธกจะสงขอความแสดงความผดพลาดไปยงผรบทสถานปลายทางแลวจบขนตอนการสงสญญาณ แตถาตอบรบกจะทำการจดสรรพนทสำหรบพกขอมลและแบนดวดทซงในการเชอมโยงสำหรบการไหลของขอมลทจะถกสง รวมทงทำการเกบขอมลสถาน การณไหลดงกลาวไวดวย ๗.๑.๒ บรการแบบความแตกตาง (Diffe rentiated Service: DiffServ) บรการนใชในการจดการคณภาพการบรการแบบไมละเอยด โดยการแบงขอมลทราฟกเปนกลมประเภทแลวกลไกการจดการคณภาพจะจดการทราฟกตามประเภททแบงไวนน วธนทำไดโดยการกำหนดรหสซงใชในการแบงประเภทการบรการดง

สวนกำหนดคาของแพกเกตไอพ

รหสประจำตวความแตกตางการบรการ (DSCP)

รปท ๗.๓ รหสประจำตวความแตกตางการบรการ

กลาวเรยกวา รหสประจำตวความแตกตางการบรการ (Differentiated Service Code Point: DSCP) มความยาวขนาด ๖ บต ไวในเขตขอมลของประเภทของการบรการ (Type of Service: ToS) ซงอยในสวนหวของไอพ ดงรปท ๗.๓ และเนองจากรหสประจำตวความแตกตางการบรการมขนาด ๖บต ทำใหสามารถกำหนดประเภททแตกตางกนไดถง ๖๔ ประเภท อปกรณทแตละจดเชอมตอเสนทางในเครอขาย จะใชขอมลในสวนของรหสประจำตวความแตกตางการบรการซงระบคณภาพการบรการทตองการของแพกเกต โดยจะตรวจสอบและนำคารหสประจำตวความแตกตางการบรการดงกลาวในแพกเกตแลวนำไปเปรยบเทยบกบตารางทเกบไว ซงแสดงวธการจดการกบแพกเกตสำหรบแตละคารหสประจำตวความแตกตางการบรการ ทำใหสามารถจดการกบขอมลแตละแพกเกตทเขามาโดยคำนงถงคณภาพการบรการดวย โดยเรยกวาพฤตกรรมแตละชวงเชอมตอ (Per-Hop Behavior: PHP) และสามารถแบงได ดงน ก) พฤตกรรมแตละชวงเชอมตอแบบใชคาพนฐาน (Default PHB) เปนคาพนฐานเบองตนซงถกกำหนดมาของพฤตกรรมแตละชวงเชอมตอในมาตรฐานการสงทดทสดโดยทวไปของแพกเกตไอพ จะถกทำเครองหมายดวยคา DSCP 000000 เพอใหไดบรการทดทสด ข) พฤตกรรมแตละชวงเชอมตอแบบแบงลำดบ

ตารางท ๗.๑ การจดแบงประเภทในพฤตกรรมแตละชวงเชอมตอแบบเชอถอได

ประเภท ๑ ประเภท ๒ ประเภท ๓ ประเภท ๔

สง

ปานกลาง

ตำ

ไบตประเภท ของบรการ (Tos)

ขอมล

6 บต


๘) เหตการณสำคญ (Milestones) ลำดบเหตการณสำคญทเกยวของแสดงดงตารางท ๘.๑ ปพ.ศ.


๒๕๓๗ สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศออกมาตรฐานคณภาพการบรการสำหรบบรการโทรศพท (1994) ตามเอกสารแนะนำ ITU-T Recommendation E.800 [๖] ๒๕๔๑ สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศออกมาตรฐานคณภาพการบรการสำหรบเครอขายขอมล (1998) ตามเอกสารแนะนำ ITU-T Recommendation X.641 [๗]

ตารางท ๘.๑ แสดงลำดบเหตการณสำคญ

ชน (Class-Selector PHB) จะกำหนดคาของ DSCP ดวยคา xxx000 โดยเครองหมาย x แทนเลข 0 หรอ 1 ซงจะมผลตอการดำเนนการจดการในเรองการจดลำดบ การเขาควและ อนๆทแตกตางกบตามคาตวเลขทแตกตางกนของ xxx การกำหนดคา DSCP ลกษณะนเนองจากตองการใหรองรบรบกบระบบ การสงตอแพกเกตของโนดในระบบเดมของระบบวธการไอพมากอน (IP Precedence-based) ซงเรยกการกำหนดคาของ DSCP วาการกำหนดตำแหนงรหสเลอกชน (Class-Selector) โดยยงคงเกอบเหมอนกบและรองรบการสงตอและจำแนกในไอพในระบวธการไอพมากอน ค) พฤตกรรมแตละชวงเชอมตอแบบกระตนไปขางหนาอยางเรว (Expedited Forwarding PHB) มลกษณะการบรการทมคาเวลาหนวง อตราการสญหายของขอมล และการเกดความคลาดเคลอนทางเวลา (jitter) ในการสงแพกเกตขอมลตำ รวมทง

รบประกนแบนดวดทการสงขอมลผานขายเชอมโยงในเครอขาย เหมาะสำหรบใชในการสงขอมลเสยง วดโอ และบรการแบบเวลาจรง ทราฟกขอมลชนดนมกจะมการกำหนดลำดบความสำคญในการจดลำดบควของแพกเกตขอมลสงกวาแบบอน ง) พฤตกรรมแตละชวงเชอมตอแบบเชอถอได(Assured Forwarding PHB) จะทำการจดแบงแพกเกตขอมลเปน ๔ ประเภท และในแตละประเภทจะมการกำหนดคาการลำดบการทงแพกเกต (Drop precedence) ๓ ระดบ คอ สง ปานกลาง และตำ ทำใหมรปแบบทงหมด ๑๒ รปแบบแตกตางกน ในการระบเพอใชในการเลอกทงแพกเกตขอมลทเขาทอปกรณเชอมโยงในเครอขายเมอเกดความคบคงของทราฟกขอมล โดยแพกเกตทถกระบคากำหนดคาการลำดบการทงแพกเกตสง แพกเกตขอมลนนจะถกทงกอน

�0� สารานกรมโทรคมนาคมไทยข

๙) บรรณานกรม [๑] ISO/IEC 13236 Information technology – Quality of Service: Framework, 1998. [๒] Natalie Giroux and Sudhakar Ganti. Quality of Service in ATM networks: State-of-the-Art Traffic management, Prentice Hall, 1999. [๓] Grenville Armitage. Quality of Service in IP Networks: Foundations for a Multi-Service Internet, Macmillan Technical Publishing, 2000. [๔] David McDysan. QoS & Traffic Management in IP & ATM Networks, McGraw-Hill, 2000, [๕] Jens Burkhard Schmitt. Heterogeneous Network Quality of Service, Kluwer Academic Publisher, 2001. [๖] ITU standard: ITU-T Recommendation E.800: Terms and definitions related to quality of service and network performance including dependability [๗] ITU standard: ITU-T Recommendation X.641: Information Technology - Quality of Service: Framework

ขสารานกรมโทรคมนาคมไทย �0�


๑) อภธานศพท (Glossary) อปกรณจดเสนทาง หรอเราทเตอร (Router) อปกรณทใชในการเชอมตอระบบเครอขายคอมพวเตอรสองหรอหลายเครอขายเขาดวยกนโดยมหนาทในควบคมและจดหาเสนทางเพอสงตอขอมลจากเครอขายตนทางไปยงเครอขายปลายทาง ฮบ (Hub) อปกรณท ใ ช ในการเช อมตออปกรณหรอคอมพวเตอรในเครอขายเขาดวยกนศนยกลางทเชอมตอคอมพวเตอรหรออปกรณคอมพวเตอรอน ๆ เขาดวยกน ฮบมหนาทรบสงขอมลในลกษณะการสงตอ แบบกระจายทไดรบจากชองทางใดชองทางหนง ไปยงทก ๆ ชองทางทเหลอ สวตช (Switch) อปกรณทใชในการเชอมตออปกรณหรอคอมเพวเตอรในเครอขายเขาดวยกนศนยกลางทเชอมตอคอมพวเตอรหรออปกรณคอมพวเตอรอน ๆ เขาดวยกน ทำหนาทคลายกบฮบแตคอมพวเตอรสามารถจดการแยกการสงเฟรมขอมลไปยงเครองละเครองในลกษณะการเชอมตอแบบจดตอจดระหวางเครองตนทางและปลายทาง สายตเกลยวค (Twisted pair) รปแบบหน งของชองทางสญญาณหรอสอ

บทท xเครอขายเฉพาะท Local Area Networks: LANs

ศรเดว ยามาจาลา พกล มมานะ และกองบรรณาธการ

อปกรณเพอการสอสารชนดมตวนำทประกอบดวยทองแดงสองเสนพนเกลยวคกนไปเพอลดผลของสญญาณรบกวน สายโคแอก (Coaxial Cable) สายนำสญญาณหรอสออปกรณในการสอสาร ประกอบดวยเสนลวดทองแดงแขงหนงเสนเปนแกนกลางหมดวยฉนวนหนงชนหมดวยลวดตวนำไฟฟาทถกเปนตาขายรางแหรปทรงกระบอกซงทำหนาทปองกนสญญาณรบกวนและถกหมดวยฉนวนพลาสตกทเปลอกนอก วธการสอสารขอมลสองทาง (Full-duplex mode) การสอสารขอมลทอนญาตใหขอมลสามารถสงและรบไดทงสองทศทางพรอมกนในชองทาง เดยวกนเชนเดยวกบการสอสารดวยเสยงทางโทรศพททมการสอสารกนไดพรอมกนทงสองดาน วธการสอสารขอมลแบบสลบ (Half Duplex mode) การสอสารขอมลทขอมลโดยมขอมลสามารถสงและรบไดทงสองทศทางในชองทางเดยวกน แตไมสามารถสงและรบไดพรอมกนในเวลาเดยวกนจะตองสลบกนโดยขณะทฝายหนงกำลงสงขอมลอย อกฝายหนงจะตองเปนผรบเพยงอยางเดยวหรอสลบกน


๒) บทคดยอ เครอขายคอการเชอมตอคอมพวเตอรกบอปกรณอเลกทรอนกสเขาดวยกนใหสามารถทำงานรวมกนไดรวมทง เพอใชสำหรบการสงขอมลหรอชดคำสงรวมกนรวมทงสามารถแลกเปลยนขอมลหรอใชทรพยากรตาง ๆ ทมในเครอขายรวมกน เครอขายเฉพาะทหรอแลนเปนเครอขายประเภทหนงทครอบคลมพนทขนาดเลก เชนอาคารหรอสำนกงาน สามารถแบงไดเปนสองประเภท คอเครอขายเฉพาะทหรอแลนทใชสอนำสญญาณในเครอขายเปนสายนำสญญาณชนดตางๆ เชนสายโคแอก และเครอขายแลนแบบไรสาย ทใชคลนวทยเปนสอนำสญญาณในเครอขาย เปนตน เทคโนโลยของเครอขายแลนชนดใชสายนำสญญาณมดงน เชนอเทอรเนตและวงแหวนโทเคน อเทอรเนตใชอปกรณทเรยกวาสวตชหรอฮบเพอใชเปนจดศนยกลางในการเชอมตอกบอปกรณอนในเครอขาย สวนวงแหวนโทเคนไมมอปกรณทใชเปนจดศนยกลาง อปกรณในเครอขายถกเชอมตอเปนรปแบบวงแหวนและอาศยการสงผานขอมลจากอปกรณทอยตดกนจนกระทงไปถงผรบทอปกรณปลายทางในเครอขาย Abstract Basically, networking is a means of connecting computers and other electronic devices together in order to share information and also resources, and to communicate with each other. Local area networking or LAN is one type of that network covers a small geographical area, typically a building or an office. Principally, there are two kinds of LAN: wired LANs and wireless LANs. The most common wired LAN forms include Ethernet LAN and Token Ring. Meanwhile, Ethernet LAN consists of a central device called switch with a number of other devices connected to the switch. In Token Ring, there is no such central node. Thus, the devices are arranged in the form of a ring.

๓) บทนำ เครอขายเฉพาะท หรอแลน (Local Area Network: LAN) เปนการเชอมตออปกรณหรอคอมพวเตอรหลายเครองเขาดวยกนเกดเปนเครอขายขนาดเลก ครอบคลมบรเวณภายในอาคารหรอมระยะทางไมเกนสองถงสามกโลเมตร และประกอบดวยอปกรณหรอคอมพวเตอรในเครอขายทมจำนวนนอย การเชอมตอเขาดวยกนเปนเครอขายทำใหสามารถสอสารขอมลจากอปกรณหรอคอมพวเตอรเครองหนงไปยงอปกรณหรอคอมพวเตอรเครองอนในเครอขายได การเชอมตอเขาดวยกนเปนเครอขายแลนทำไดโดยผานอปกรณทใชในเครอขาย เชน ฮบ (Hub) สวตช (Switch) เปนตน เครอขายแลนหนงสามารถเชอมตอกบเครอขายแลนอนไดโดยใชอปกรณจดเสนทาง หรอเราทเตอร (Router) เพอใหสามารถสอสารขอมลขามไปยงเครอขายแลนอนไดเกดเปนเครอขายทมขนาดใหญขน เรยกวาการเชอมตอระหวางเครอขาย (Internetworking) [๑]

๔) รปแบบเครอขาย LAN Topology การเชอมตอคอมพวเตอรในเครอขายแลนสามารถเชอมตอเขาดวยกนและทำใหมลกษณะเดนแตกตางกน โดยมรปแบบพนฐาน ดงนคอ รปแบบบส (Bus) รปแบบตนไม (Tree) และรปแบบวงแหวน (Ring) ๔.๑ รปแบบเครอขายแบบบส และแบบตนไม (Bus and Tree) การเชอมตอคอมพวเตอรในเครอขายแลนโดยมรปแบบเครอขายแบบบสนนดงรปท ๔.๑ คอมพว- เตอรแตละเครองบนเครอขายจะเชอมตอเขากบสายนำสญญาณหลกหรอบสในเครอขาย ตำแหนงทเชอมตอนนเรยกวาแทบ (Tap) ผานอปกรณฮารดแวรทใชในการเชอมตอเขาเครอขาย โดยทวไปสายนำสญญาณทใชเปนทางเดนขอมลหรอบสในเครอขายนนเปนสายแบบโคแอกและมสายแยกยอยออกไปในแตละจดเพอเชอมตอเขากบคอมพวเตอรเครองอน ๆ เครองคอมพวเตอรแตละเครองจะตดตอสอสาร


ขอมลกนผานบสในเครอขายโดยใชรปแบบการสอสารขอมลแบบสองทาง (Full-duplex mode) ในการสงขอมลจากเครองคอมพวเตอรตนทางไปยงคอมพวเตอรปลายทางในเครอขายนน ขอมลจากคอมพวเตอรตนทางจะถกสงไปยงบสในเครอขายและกระจายไปยงคอมพวเตอรทกเครองทเชอมตออยบนบส โดยขอมลทถกสงเขาไปยงบสในเครอขายนนจะประกอบดวยสวนของขอมล (Data) และสวนหวของขอมล (Header) ซงเกบขอมลของทอยตนทาง (Source station) และ ทอยปลายทาง (Destination station) เรยกวา เฟรม (Frame) เครองคอมพวเตอรแตละเครองในเครอขายจะตรวจดเฟรมขอมลทถกสงมาจากเครองตนทางหากขอมลทอยปลายทางในสวนหวของเฟรมขอมลตรงกบทอยของเครองนนจะคดลอกเฟรมขอมลเกบไว สำหรบเครองคอมพวเตอรอนในเครอขายซงไมตรงกบทอยปลายทางในสวนหวของเฟรมขอมลทถกสงมานนจะปลอยใหเฟรมขอมลผานไปยงเครองคอมพวเตอรเครองอนซงเชอมตออยบนบสในเครอขายตอไป สำหรบรปแบบเครอขายแบบตนไมเปนการขยายเพมเตมจากรปแบบเครอขายแบบบสโดยแตละเครองทตอเขากบบสสามารถมเครอขายยอยตอขยายไดอก โดยการสอสารของเครองลกขายยอยทขยายเพมออกไปนนจะตองสอสารผานโหนดหลก (Headend) กอนเขาสบส [๒] ๔.๒ รปแบบเครอขายแบบวงแหวน (Ring) รปแบบเครอขายแบบวงแหวนแสดงดงรปท ๔.๒ รปแบบเครอขายแบบวงแหวน อปกรณหรอ

เครองคอมพวเตอรแตละเครองซงถอวาเปนสถานเชอมโยงหรอโหนด (Node) หนงในเครอขายจะเชอมตอกบเครองคอมพวเตอรหรอโนดอนขางเคยงสองโหนด และเชอมตอถงกนโดยมลกษณะคลายวงแหวน โดยรปแบบเครอขายแบบวงแหวนนจะอาศยโทเคน (Token) ในการสงขอมลโดยขอมลทสงในเครอขายจะผานไปยงเครองคอมพวเตอรถดไปโดยมทศทางการไหลทศทางเดยว [๒] ๔.๓ รปแบบเครอขายแบบดาว (Star) ร ป แบบ เคร อ ข า ยแบบดาวอ ปกรณ ห ร อคอมพวเตอรทกเครองในเครอขายจะเชอมตอโดยผานอปกรณคอฮบ (Hub) หรอ (Switch) ซงถอเปนโหนดกลาง (Central node) ดงรปท ๔.๓ การสอสารจากเครองคอมพวเตอรทกเครองทผานโหนดกลางดงกลาวเปนแบบจดตอจด (Point-to-Point) เครองตนทางจะสงเฟรมขอมลไปยงโหนดตรงกลางและโหนดตรงกลางจะสงเฟรมตอไปเครองทกเครองในเครอขาย โดยมเพยงเครองทอยปลายทางเทานนทรบเฟรมขอมล ในกรณนโหนดตรงกลางจะเรยกวา “ฮบ” แตหากเฟรมถกสงไปยงเครองทเปนทอยปลายทางเทานน กรณนโหนดทอยตรงกลางจะเรยกวา “สวตช” เนองจากสวตชนนสามารถจดการแยกการสงเฟรมไปยงเครองปลายทางทตองการไดแตกตางจากกรณของฮบซงทำหนาทเพยงการเชอมตอเครองคอมพวเตอรเขาดวยกนเทานน ซงทำใหในกรณของฮบนนจะมเพยงเครองเดยวทตออยกบฮบทสงขอมลไดในเวลาหนง ๆ มฉะนนจะเกดการชนกนของขอมล [๒]

รปท ๔.๑ รปแบบเครอขายแบบบส (Bus) รปท ๔.๒ รปแบบเครอขายแบบวงแหวน (Ring)


๕) สถาปตยกรรมของเครอขายเฉพาะท สถาปตยกรรมของเครอขายแลนไดรบการก ำ ห น ด ข น โ ด ย ส ถ า บ น ว ศ ว ก ร ไ ฟ ฟ า แ ล ะอเลกทรอนกสหรอเรยกวาไอ – ทรปเปล - อ (The Institute of Electronics and Electrical Engineers : IEEE) ในชอIEEE 802 Reference Model ซงใชอางองโดยเทยบกบระดบชนมาตรฐานการเชอมตอของระบบเปด (OSI Layer) อนประกอบดวย ระดบชนกายภาพ (Physical Layer) ทำหนาทเกยวของกบการเชอมตอทางกายภาพ ระดบของสญญาณไฟฟา ถดมาคอชนเชอมตอขอมล (Data Link Layer) สามารถแบงเปนดวยสองชนยอยได คอ ชนสอสารยอยควบคมเครอขาย (Logical Link Control:LLC) และชนสอสารยอยควบคมการใชสอ (Medium Access Control: MAC) สำหรบชนสอสารยอยควบคมเครอขายนนใชสำหรบควบคมการแลกเปลยนขอมลระหวางสองเครอง จดการการไหลของขอมลและควบคมความผดพลาดทเกดขน รวมถงทำใหแนใจวาผสงไมสงขอมลเรวเกนทผรบจะประมวลผลไดทน สำหรบชนควบคมการเขาใชงาน

สอกลางนนทำหนาทกำหนดเครองคอมพวเตอรเครองใดเครองหนงในขณะนนทสามารถเขาถงสอนำสญญาณทใชในการสงขอมลในเครอขายและเวลาทจะเขาถงเครอขาย แสดงดงรปท รปท ๕.๑ [๒] เครอขายแลนไดกำหนดเทคนคสำหรบเขาถงสอซงแบงไดเปนสามสวนทสำคญดงน การจดเวลาวนรอบ (Round-Robin) การจอง (Reservation) และการชวงชง (Contention) ก) การจดเวลาวนรอบ (Round-Robin) วธนแตละเครองจะไดรบการจดสรรชองทางสำหรบการเขาถงสอนำสญญาณในลกษณะเรยงลำดบวนรอบ โดยเครองแตละเครองจะสงขอมลหรอไมกได ถามเคร องจำนวนมากตองการส งขอมลว ธน จะมประสทธภาพ อยางไรกตามถามเครองทตองการสงขอมลนอยจะเปนการเสยเวลาใชวธ [๒] ข) การจอง (Reservation) วธการนจะแบงเวลาในการเขาถงสอนำสญญาณในเครอขายเพอสงขอมล โดยเวลาจะถกแบงออกเปนชวงเวลายอยซงเรยกวาชองสญญาณ และแตละเครองจะใชหนงชองสญญาณดงกลาวในการสงขอมลโดยเครองแตละ

รปท ๔.๓ รปแบบเครอขายแบบดาว (Star)


เครองอาจจะใชชองสญญาณมากกวาหน งชองสญญาณไดขนอยกบการจดการและปรมาณขอมลของขอมลทตองการสงของเครองอนในเครอขายขณะนน [๒] ค) การชวงชง (Contention) วธการนไมมการควบคมเครองทตองการเขาถงเครอขายในการสงขอมล แตละเครองจะแยงสทธการเขาถงสอนำสญญาณ โดยเครองจะตรวจสอบวาสอนำสญญาณขณะนนอยในสถานะวางหรอไม หากวางอยจะทำการสงขอมล หากอยในสถานะไมวางจะรอการสมเวลาจนกวาสอนำสญญาณจะวางอกครง [๒] ๖) เทคโนโลยของเครอขายแลน เทคโนโลยของเครอขายแลนสามารถแบงไดเปนสองเทคโนโลยหลกคอ อเทอรเนต (Ethernet) และ วงแหวนโทเคน (Token Ring) ๖.๑ อเทอรเนต (Ethernet) อเทอรเนตถกพฒนาขนครงแรกโดยบรษทซรอกซ (Xerox Corporation) กอนป ค.ศ. 1970 (พ.ศ. ๒๕๑๓) และพฒนาตอมาจนเปนมาตรฐาน IEEE 802.3 อเทอรเนตใชรปแบบการเชอมตอแบบบสหรอแบบดาวและใชสอนำสญญาณชนดโคแอก สำหรบโพรโทรคอลทใชในอเทอรเนตนนเรยกวาซ เอสเอมเอ/ซด (Carr ier sense mult iple

access with collision detection: CSMA/CD) ซงทำหนาท ในการควบคมการเขาใชงานสอกลาง (Media Access Control: MAC) หรอบสในเครอขายอเทอรเนต เทคนคซเอสเอมเอ/ซด (CSMD/CD) อธบายหลกการทำงานไดโดยเครองทตองการสงขอมลจะทำการตรวจสอบสอนำสญญาณในขณะนนกอนทจะทำการสงขอมลวาอยในสถานะวางหรอไมจากการปรากฏ หรอไมปรากฏของระดบสญญาณทางไฟฟาบนบสในเครอขาย รวมทงสามารถสามารถทจะตรวจสอบวาเกดการชนกนของขอมล (Collision) ขนหรอไม ซเอสเอมเอ/ซด ดงกลาวทำงานดงน ๖.๑.๑ เมอสอนำสญญาณอยในสถานะวางเครองจะสงขอมล ๖.๑.๒ เมอสอนำสญญาณไมวางเครองจะคอยตรวจสอบสถานะจนกวาจะวางและสงขอมลทนท ๖.๑.๓ เมอการชนกนของขอมลเกดขนระหวางในสอนำสญญาณหรอบสในเครอขาย จะสงสญญาณแจงไปยงเครองอน ๆ ทเชอมตออยในเครอขายและการสงขอมลจะหยดลง ๖.๑.๔ หลงจากไดรบสญญาณแจงการเกดการชนกนของขอมลทถกสงมา เครองแตละเครองในเครอขายจะคอยเปนเวลาตามทสมไดดวยคาทแตก

FDDI: Fiber Distributed Data Interface รปท ๕.๑ สถาปตยกรรมและโพรโทคอลของแลนเมออางองเทยบกบระดบชนมาตรฐานการเชอมตอของระบบเปด

ชนการเชอมตอขอมล

(Data Link Layer)

ชนสอสารยอยควบคม

เครอขาย

(LLC sublayer)

ชนสอสารยอยควบคม

การใชสอ

(MAC sublayer )

ชนกายภาพ

(Physical Layer )

IEEE 802.2

อเท

อรเน

ต (E

ther

net)

IEEE

802

.3

100

Base

T

Toke

n Ri

ng/IE

EE 8

02.5

FDDI


ตางกน เรยกวา แบคออฟ (Backoff) และพยายามสงขอมลอกครงหลงจากครบเวลาคอยตามทสมไว ถาเครองตรวจพบการชนกนของขอมลหลงจากสงขอมลอกครงจะคอยเปนเวลาสองเทาของเวลาทเคยคอย ดงนนการสงขอมลใหมแตละครงหากเครองตรวจพบการชนกนของขอมล เวลากจะเพมเปนสองเทา [๒] ๖.๒ วงแหวนโทเคน (Token Ring) วงแหวนโทเคนถกพฒนาขนครงแรกโดยบรษทไอบเอม (International Business Machines Corporation: IBM) และไดกลายเปนมาตรฐาน IEEE 802.5 ซงมรปแบบทแตกตางจากอเทอรเนต โดยวงแหวนโทเคนใชรปแบบการเชอมตอเครอขายแบบวงแหวน และใชสอนำสญญาณชนดสายตเกลยวค (Twisted pair) เครอขายวงแหวนโทเคนนจะสนบสนนอตราขอมลไดถง ๑๖ เมกะบตตอวนาท (Mbps) หลกการของวงแหวนโทเคนนน เฟรมโทเคนในเครอขายวงแหวนโทเคนจะเคลอนผานไปจากเครองหนงไปยงเครองถดไปทอยตดกน โดยเครองทถอเฟรมโทเคนไวจะมสทธในการสงขอมลเขาไปยงเครอขาย เมอเครองถดไปในเครอขายไดรบเฟรมโทเคนแลวจะสามารถถอโทเคนดงกลาวไดเปนระยะเวลาหนงหากไมมขอมลทจะทำการสงและครบเวลาทถอครองโทเคนไวแลวจะตองปลอยโทเคนดงกลาวใหผานไปยงเครองทอยตดกนถดไป จนกระทงเมอเครองทถอครองโทเคนไวและมขอมลทจะทำการสงก จะส ง ข อม ล เ ข า ไปย ง เคร อข ายและทำการเปลยนแปลงบตขอมลของเฟรมโทเคน ทำใหเครองอนไมสามารถสงขอมลไดตองรอจนกระทงเครองทสงขอมลดงกลาวสงขอมลเสรจ กจะทำการสรางโทเคนและสงเขาไปยงเครอขายเพอให เครองอนสามารถรบโทเคนและสงขอมลได ดวยวธการนทำใหไมเกดการชนกนของขอมล (Collision) [๓]

๗) มาตรฐาน (Standards) มาตรฐานอเทอรเนตซงใชเทคนคซเอสเอมเอ/ซด (CSMA/CD) แบงไดเปนสชนด ดงน ๗.๑ 10Base2 รปแบบเครอขายแบบบสใชสายนำสญญาณชนดโคแอกแบบบาง สามารถสงขอมลไดทอตราเรว ๑๐ เมกะบตตอวนาทในระยะทางสงสดไมเกน ๒๐๐ เมตร ๗.๒ 10Base5 รปแบบเครอขายแบบบสใชสายนำสญญาณชนดโคแอกแบบหนา สามารถสงขอมลไดทอตราเรว ๑๐ เมกะบตตอวนาท ในระยะทางสงสดไมเกน ๕๐๐ เมตร ๗.๓ 10BaseT รปแบบเครอขายแบบดาวใชฮบหรอสวตชเปนโหนดกลาง ใชสายนำสญญาณชนดต เกลยวคมท งแบบไมมฉนวนหม (Unshield Twisted-Pair: UTP) หรอแบบมฉนวนหม (Shielded Twisted-Pair: STP) สามารถสงขอมลไดทอตราเรว ๑๐ เมกะบตตอวนาท โดยมความยาวของสายระหวางเครองกบฮบไมเกน ๑๐๐ เมตร ๗.๔ 10BaseF รปแบบเครอขายแบบฮบหรอตนไม ใชสายนำสญญาณชนดเสนใยนำแสง สามารถสงขอมลไดทอตราเรว ๑๐ เมกะบตตอวนาท มาตรฐานอเทอรเนตความเรวสงมระบบการเชอมตอ แบบดาวสามารถรบสงขอมลไดทอตราเรว ๑๐๐ เมกะบตตอวนาท (Mbps) แบงเปนสามประเภท ไดแก ก) 100BaseT4 ใชสายตเกลยวคจำนวน ๔ ค สามารถสงขอมลไดทอตราเรว ๑๐๐ เมกะบตตอวนาท ข) 100BaseTX ใชสายตเกลยวคจำนวน ๒ ค สามารถสงขอมลไดทอตราเรว ๑๐๐ เมกะบตตอวนาท ค) 100BaseFX ใชเสนใยนำแสง สามารถสงขอมลไดทอตราเรว ๑๐๐ เมกะบตตอวนาท [๓]


๒๕๐๕ ลกลเดอร (Licklider) แหงสถาบนเทคโนโลยแหงมลรฐแมสซาซเซสต (MIT) (1962) ไดบนทกหลกการเกยวกบเครอขายคอมพวเตอรทชอ กาแลกตกเนตเวรค (Galactic Network) [๖] ๒๕๑๓ ระบบเครอขายไรสาย (Wireless LANs) เกดขนครงแรกทมหาวทยาลยฮาวาย (1970) จากเครอขายอโลฮา (ALOHA) [๗] ๒๕๑๖ บอบ เมทคาลเฟ (Bob Metcalfe) คดคนระบบอเทอรเนตในการรบสงขอมล (1973) ระหวางคอมพวเตอรและเครองพมพ [๗]

ตารางท ๘.๑ แสดงลำดบเหตการณสำคญ

๙) บรรณานกรม [๑] Achyut S Godbole, Data Communication and Networks. McGrawHill, 2003. [๒] William Stallings, DATA AND COMPUTER Communication. 8th Edition, United States of America: Prentice Hall, 2006. [๓] Gordon F. Snyder Jr., Introduction to Telecommunication Networks. CENGAGE Delmar Learning Publisher, 2002. [๔] Greg Tomsho, Ed Tittel, David and Johnson, Guide to Networking Essentials. 5th Edition., Course Technology Publisher, 2006. [๕] William Stallings, DATA AND COMPUTER Communication. 6th Edition, United States of America: Prentice Hall, 1996. [๖] Hossein Bidgoli, The Internet Encyclopedia. 2th Edition, Canada: John Wiley and Sons, 2004, [๗] Charles E. Spurgeon, Ethernet The Definitive Guide. United States of America: O’Reilly & Associates, 2000.

๘) จดหมายเหต (Milestones) ลำดบเหตการณสำคญของเครอขายเฉพาะท แสดงในตารางท ๘.๑ ป พ.ศ.


ขสารานกรมโทรคมนาคมไทย ��0


บทท xเทคโนโลยเอทเอม Asynchronous Transfer Mode: ATM

ธรภทร สงวนกชกร สถาบนเทคโนโลยแหงเอเชย

๑) อภธานศพท (Glossary) คณภาพการบรการ (Quality of Service: QoS) การควบคมพฤตกรรมตางๆ ทเกยวของของระบบเพอใหบรการทมคณภาพ เชน การรบประกนเวลาทใชในการสงขอมล การสญหายของขอมล คณภาพของสญญาณทตองการ แบบจำลองอางองการเชอมตอระหวางระบบเปด (Open System Interconnection Reference Model: OSI RM) มาตรฐานสำหรบการเชอมตอระหวางระบบทไมอางองกบระบบเฉพาะระบบใดระบบหนง มาตราฐานนถกพฒนาโดยองคกระหวางประเทศซงทำหนาทในการออกมาตรฐาน ในป ค.ศ 1984 (พ.ศ. ๒๕๒๗) ซงกลาวถงโครงสรางการตดตอสอสารระหวางคอมพวเตอร ดวยวธการแบงเปนระดบชนตางๆ เจดชน คอ กายภาพ เชอมตอขอมล เครอขาย ขนสง ชวงเวลา การนำเสนอ และงานประยกต ภาวะถายโอนแบบไมประสานเวลา หรอเอทเอม (Asynchronous Transfer Mode: ATM) มาตรฐานสำหรบการสงขอมลความเรวสง เพอสงขอมลประเภทตางๆ เชน เสยง วดโอ ขอมล เอทเอมใชวธการแบงขอมลเปนขอมลยอยๆ ทมขนาดคงท ทเรยกวาเซลล โดยแตละเซลลมความยาว ๕๓ ไบต เซลลขอมลจะถกสงกระจายไปในแตละขายเชอมโยงทำใหการสงขอมลเปนไปอยางรวดเรว เอทเอมถกใชในการสงขอมลความเรวสง เชนเดยวกบเทคโนโลยเครอขายเชงแสงประสานเวลาหรอโซเนต (Synchronous Optical Network: SONET)

สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ (International Telecommunications Union’s Telecommunications Standardization sector: ITU-T) องคกรพเศษของสหประชาชาต มสำนกงานใหญอยทกรงเจนวา ประเทศสวตเซอรแลนดกอตงเมอป พ.ศ.๒๔๐๗ โดยใชชอสหภาพโทรเลขระหวางประเทศ กอนทจะเปลยนมาใชชอสหภาพโทรคม- นาคมระหวางประเทศ ในป พ.ศ .๒๔๗๗ และกลายมาเปนองคกรชำนาญพเศษของสหประชาชาตเมอป พ.ศ. ๒๔๙๐ รบผดชอบในการจดทำมาตรฐานการควบคมจดการและการพฒนาในดานการสอสารโทรคมนาคมของโลก คณะกรรมทปรกษาการโทรเลขและโทรศพทระหวางประเทศ (Consultative Committee International Telegraphy and Telephony: CCITT) องคกรมาตรฐานระหวางประเทศ กอตงเมองป ค.ศ 1982 (พ.ศ. ๒๕๒๕) สำนกงานตงอยท กรง เจนวา ประเทศสวตเซอรแลนด องคกรนมหนาทในการจดทำ มาตรฐานตาง ๆ ทางดานโทรคมนาคม เชน มาตรฐานโพรโทคอล ดแลมาตรฐานเครอขายบรการสอสารรวมระบบดจทล ( Integrated Services Digital Network: ISDN) เปนตน ไอพหรออนเทอรเนตโพรโทคอล (Internet Protocol: IP) โพรโทคอลซงใชในการสงขอมลผานเครอขายอนเทอรเนต มลกษณะการแบงขอมลเปนขนาดความยาวตางๆ ซงเรยกวาแพกเกต เพอใชสงขอมลกระจายผานเครอขายสวตชชง


๒) บทคดยอ เทคโนโลยเอทเอมถกออกแบบเพอใชสงขอมลความเรวสงประเภทตางๆ เชน เสยง ภาพ ขอมล ผานเครอขายสวตช ทมเวลาหนวงซงใชในการสงขอมลผานจดเชอมโยงในแตละสถานยอยเพอไปยงผรบปลายทางตำ ขอมลทสงจะถกแบงเปนสวนยอยๆ มขนาดความยาวของขอมลคงทเรยกวาเซลล โดยแตละเซลลมความยาว ๕๓ ไบต ประกอบดวยสวนกำหนดคาซงใชกำหนดรปแบบคณลกษณะของเซลลมขนาด ๕ ไบต (Byte) และสวนของขอมล ๔๘ ไบต สวนกำหนดคาของเซลลจะระบคาเสนทางการเชอมตอเสมอนของวงจร เพอใชในการสงตอเซลลขอมลผานอปกรณสวตชเอทเอมในเครอขายเพอไปยงอปกรณทผรบปลายทางจากการทระบบเอทเอมไมมสวนของการตรวจสอบความผดพลาดขอมล ไมมการดำเนนการสงขอมลซำรวมทงการกำหนดใหเซลลมขนาดคงทและประกอบดวยสวนกำหนดคาเพยงเลกนอย ทำใหภาระในการทำงานของอปกรณในเครอขายเอทเอมตำ สงผลใหอตราการสงขอมลในเครอขายมคาสงโดยมอตราการสงขอมลในระดบเมกกะบตตอวนาท เทคโนโลยเอทเอมจงถกใชงานและมการพฒนาจากหนวยงานและองคกรตางๆ ดานโทรคมนาคม และถกเลอกใหเปนสวนหนงของเทคโนโลยทใชในการสงขอมลทมความกวางของแบนดวดทสง หรอบไอเอสดเอน (Broadband ISDN: B-ISDN) สำหรบใชในการสงขอมลความเรวสงผานเครอขายอนเทอรเนต เชนเดยวกบเทคโนโลยอน เชน โซเนต และเอสดเอช (SONET/SDH) ซงใชเสนใยนำแสงในการสงขอมล Abstract Asynchronous Transfer Mode, abbreviated ATM, provides a high-speed low-delay multiplexing and switching network to support any type of traffics such as voice, data and video applications. ATM segments and multiplexes user traffics into small and fixed-length units called cells. The cell is 53 octets, with 5 octets is reserved for the cell header. Each cell is identified by virtual circuit identifiers which contained in the cell header. An ATM network uses these identifiers to relay the traffic through high-speed switches from the sending customer premises equipment (CPE) to the receiving CPE. ATM provides no error detection operations on the user payload inside the cell. It provides no retransmission services and a few of operations are performed on the small header. These cells with minimal services are performed to implement and support multi-megabit transfer rates. The ITU-T, ANSI and the ATM Forum have selected ATM to be a part of the broadband ISDN (B-ISDN) specification to provide for the multiplexing and switching operations. ATM resides on top of the physical layer of a conventional layered protocol. The physical layer could be implemented with SONET/SDH, DS3, FDDI, CEPT4 and others. However, large public networks are usually uses SONET/SDH for physical layer.

๓) บทนำ (Introduction) เทคโนโลยเอทเอมถกออกแบบเพอใชในการสงขอมลความเรวสงประเภทตางๆ เชน ขอมลเสยง ภาพ หรอวดโอ ผานเครอขายสวตช โดยอาศยลกษณะการสงขอมลแบบแพกเกต ซงขอมลทสงจะถกแบงเปนสวนยอยๆ ทมขนาดความยาวของขอมลคงท

เรยกวาเซลล โดยแตละเซลลมความยาว ๕๓ ไบต ประกอบดวยสวนกำหนดคาซงใชกำหนดรปแบบคณลกษณะของเซลล มขนาด ๕ ไบต (Byte) และสวนของขอมล ๔๘ ไบต เซลลขอมลจะถกสงผานอปกรณเชอมโยงในเครอขายททำหนาท ในการประมวลผลและสงเซลลขอมลไปยงผรบปลายทาง


เทคโนโลยเอทเอมสามารถรองรบการสงขอมลทตองการแบนดวดทในการสงขอมลสง และรองรบการสงขอมลทมอตราการสงขอมลคงทหรอเปลยนแปลง ตามชนดหรอประเภทของขอมลนน โครงขายบรการสอสารรวมระบบดจทลหรอ ไอเอสดเอน (Integrated Services Digital Network: ISDN) ถกออกแบบในชวงทศวรรษ ค.ศ. 1980 (พ.ศ. ๒๕๒๓-๒๕๓๓) เพอใชสำหรบการสงขอมลเสยงและขอมลความเรวสงผานเครอขายแบบสวตชของโครงขายโทรศพทสาธารณะ (Public Switched Telephone Network: PSTN) ซงใชในการใหบรการโทรศพทแบบพนฐาน (Plain Old Telephone Service: POTS) อยางไรกตามขอแตกตางระหวางโครงขายโครงขายโทรศพทสาธารณะ และ ไอเอสดเอน คอ ไอเอสดเอนนนการตดตอสอสารตลอดเสนทางจากอปกรณตนทางไปยงอปกรณปลายทางเปนระบบดจทลทงหมด ในขณะทโครงขายโทรศพทสาธารณะเปนระบบดจทลในสวนของเครอขายระหวางสวตช แตจากสวตชไปยงอปกรณปลายทาง เชนโทรศพทยงเปนระบบแอนะลอก ในชวงปลายทศวรรษ 1990 (พ.ศ. ๒๕๓๓) องคกรซงทำหนาทในการออกมาตรฐานระหวางประเทศหรอสหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ (International Telecommunication level: ITU) ไดเสนอเทคโนโลยเอทเอมเพอใชสำหรบโครงขายบรการสอสารรวมระบบดจทลแถบกวาง หรอบ-ไอเอสดเอน (Broadband Integrated Service Digital Network: B-ISDN) ซงใชเครอขายแบบแพกเกต แตกตางจากโครงขายโทรศพทสาธารณะและเทคโนโลยไอเอสดเอนทอยบนพนฐานของการใชเครอขายสวตช หลงจากนนเทคโนโลยเอทเอมเรมเขาสอตสาหกรรมการสอสารขอมลของเครอขายคอมพวเตอร และในปลาย ค.ศ. 1991 (พ.ศ. ๒๕๓๔) กลมผผลตอปกรณทใชสำหรบเทคโนโลยเอทเอมไดรวมกนกอตงคณะทำงานสำหรบเอทเอม (ATM forum) เพอสรางขอตกลงในการออกแบบอปกรณเอทเอมใหสามารถทำงานรวมกนได ทำใหเทคโนโลยเอทเอมเกดการใชงานอยางแพรหลายมสมาชกท งผผลตอปกรณ ดานซอฟตแวรและ

ฮารดแวร และอปกรณทใชในเครอขาย เพมขนอยางรวดเรวจาก ๔ ถง ๙๐๐ รายภายในระยะเวลา ๕ ป และขอกำหนดตางๆ ทกำหนดขนโดยคณะทำงานดงกลาวไดกลายเปนสวนสำคญในการออกเปนมาตรฐานตางๆ ตอมา ๔) พนฐานเทคโนโลยเอทเอม ATM Technology Fundamental ในเครอขายเอทเอมขอมลจะถกแบงเปนสวนยอยๆ ทมขนาดคงทเรยกวาเซลล ดงรปท ๔.๑ โดยแตละเซลลมความยาว ๕๓ ไบต ประกอบดวยสวนกำหนดคา มขนาดความยาว ๕ ไบต และสวนของขอมลมความยาว ๔๘ ไบต ดวยการกำหนดใหเซลลมขนาดคงท การกำหนดสวนหวของเซลลทมตวระบวงจรเสมอน (Virtual Circuit Identifier: VCI) ตวระบเสนทางเสมอน (Virtual Path Identifier: VPI) เพอใชในการกำหนดเสนทางเมอผานอปกรณสวตชเอทเอม รวมทงการกำหนดการควบคมการไหลของทราฟก ทำใหภาระในการทำงานของอปกรณในเครอขายเอทเอมตำ สงผลใหสามารถสงขอมลผานอปกรณในเครอขายไดอยางรวดเรว จงสามารถรองรบการสงขอมลประเภทตางๆ ดวยความเรวสง เอทเอมมการจดการการไหลหรอการจราจร (Traffic) ของขอมลแตกตางกน ผใชสามารถกำหนดความตองการและจองทรพยากรเครอขายเพอใชในการสงขอมล สวตชเอทเอมใชตวระบเสนทางเสมอน และตวระบวงจรเสมอน ทอยในสวนหวของเซลลขอมล เพอใชในการระบเสนทางทใชในการสงขอมลไปยงโนดถดไปในเครอขายจนกระทงขอมลถกสงถงปลายทาง วงจรเสมอน (Virtual Circuit) เปนการสรางการเชอมตอเสมอนระหวางจดเชอมตอไปยงปลายทางโนดถดไป สำหรบเสนทางเสมอน (Virtual Path) เปนการรวมวงจรเสมอนเปนกลมเพอใชใน

รปท ๔.๑ โครงสรางเซลลขอมลของเอทเอม

สวนกำหนดคา ขอมล

๕ ไบต ๔๘ ไบต

เซลลเอทเอม


การดำเนนการกบวงจรเสมอนทงกลม การรวมวงจรการเชอมตอเสมอนในหนงเสนทางการเชอมตอเสมอนจากสถานตนทางไปยงสถานปลายทางในเครอขายเอทเอม ทำใหสามารถลดภาระในการจดหา เสนทางใหกบแตละวงจรการ เช อมตอ ทำใหทราฟกขอมลในเครอขายถกสงไปยงปลายทางไดอยางรวดเรว ดงรปท ๔.๒ ๕) โครงสรางของเครอขายเอทเอม ATM Network Architecture มาตรฐานเอทเอมไดกำหนดโพรโทคอลซงถกใชสำหรบการเชอมตอดงน ๕.๑ การเชอมตอระหวางอปกรณในเครอขาย เครอขายเอทเอมประกอบดวยผใชปลายทาง แผงวงจรเอทเอมทอปกรณจดเสนทาง (Router) และอปกรณสวตช (Switch) ซงใชในการเชอมตอระหวางโนด ในการสงขอมล แบงไดเปนสองประเภทหลก ดงรปท ๕.๑ คอ ก) การเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขาย (User-to-network interface: UNI) ใชในการเชอมตอระหวางอปกรณปลายทางของเอทเอม กบอปกรณสวตชในเครอขายเอทเอมสาธารณะ เปรยบเทยบกบการเชอมตอของโทรศพทของผใชตามบานกบชมสายโทรศพทในระบบโทรศพท เนองมาจากมาตรฐานเอทเอมเดมทถกคดคนขนเพอใชสำหรบเครอขายสาธารณะ ข) การเชอมตอระหวางเครอขายหนงไปยงอกเครอขายหนง หรอระหวางเครอขายไปยงโนด (Network-to-network interface or network-to-node interface: NNI) เปนการเชอมตอระหวางสวตชในเครอขายสาธารณะเดยวกน หรอเชอมตอ

รปท ๔.๒ วงจรเสมอน และการเชอมตอเสนทางเสมอน

ระหวางสวตชของเครอขายสวนตวหนงกบสวตชของอกเครอขายสวนตว ถกใชสำหรบการเชอมตอระหวางสวตชแตไมรวมการเชอมตอระหวางสวตชจากเครอขายสาธารณะไปยงเครอขายสวนตว ๕.๒ การเชอมตอระบบระหวางสวตช (Inter-switching system interfaces: ISSI) การ เช อม เสนทางระหว า งสวตช ด วยกน สามารถแบง และแสดงไดดงรปท ๕.๒ ดงน ๕.๒.๑ การเชอมตอระบบระหวางสวตชของเครอขายสวนตว (Private ISSI) เปนการเชอมตอเสนทางระหวางสวตชของเครอขายสวนตวหนง กบสวตชของอกเครอขายสวนตวหนง ๕.๒.๒ การเชอมตอระบบระหวางสวตชของเครอขายสาธารณะ (Public ISSI) เปนการเชอมตอเสนทางระหวางสวตชของเครอขายสาธารณะหนงกบสวตชของอกเครอขายสาธารณะหนง โดยสามารถแบงยอยได ดงน ก) การเชอมตอภายในของผใหบรการเดยวกน (Intra- local access and transport area: LATA ISSI) เปนการเชอมตอเสนทางระหวางสวตชของเครอขายสาธารณะหนงกบสวตชของอกเครอขายสาธารณะ เปนของผใหบรการรายเดยวกน ข) การเชอมตอระหวางผใหบรการ (Inter-LATA ISSI, or inter-carrier interfaces: ICI) เปนการเชอมตอเสนทางระหวางสวตชเอทเอมของผใชบรการทแตกตางกน

รปท ๕.๑ ตวอยางพนฐานการเชอมตอระหวางอปกรณในเครอขายเอทเอม

เชอมโยงการสงขอมล การเชอมตอเสนทางเสมยน ๑

การเชอมตอเสนทางเสมยน ๒

วงจรเสมอน ๑ ๒ ๓

๑ ๒ ๓

รปท ๕.๑ ตวอยางพนฐานการเชอมตอระหวางอปกรณในเครอขายเอทเอม

ผใชเอทเอม

UNI

NNI : การเชอมตอระหวางเครอขายหนงไปยงอกเครอขายหนงUNI : การเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขาย

ผใชเอทเอมUNI

ผใชเอทเอมUNI

สวตชเอทเอม สวตชเอทเอม

สวตชเอทเอม

NNI


๕.๓ การเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขาย สามารถแบงไดเปนสองชนด ดงน ก) การเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขายสาธารณะ (Public UNI) ถกใชสำหรบการเชอมตอระหวางผใชเอทเอมซงสวตชทเชอมระหวางกนอยในเครอขายสาธารณะของผใหบรการรายเดยวกน ข) การเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขายสวนตว (Private UNI) ถกใชสำหรบการเชอมตอระหวางผใชเอทเอมซงสวตชทเชอมระหวางกนอยในเครอขายสวนตว เชน เครอขายเอท เอมสวนตวในมหาวทยาลย หรอบรษท การ เช อมตอระหว างผ ใ ช ไปย ง เครอข ายสาธารณะ ถกใชสำหรบการเชอมตอระหวางผใชซงสวตชทเชอมระหวางกนอยในเครอขายสาธารณะของผใหบรการรายเดยวกน การเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขายทงสองแบบใชขอกำหนดของระดบชนเอทเอมเหมอนกน แตตวกลางทใชในการสงขอมลอาจมความแตกตางกน เนองจากความตองการของงานประยกตทแตกตางกนของฟงกชนระหวางเครอขายสาธารณะและเครอขายสวนตว สวตชเอทเอมในเครอขายสวนตวถกใชเชอมตอระหวางอปกรณของผใชซงระยะทางมกจะไมหางจากกนมากนก ดวยเหตนทำใหใช

เทคโนโลยทใชกบการเชอมตอในระยะสน แตสำหรบเครอขายสาธารณะการเชอมตอระหวางอปกรณมกจะอยหางจากกนมาก ทำใหอปกรณตองรองรบการเชอมตอในระยะทางไกลได การเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขายแสดงดงรปท ๕.๓ ๖) โพรโทคอลเอทเอม ATM Protocol แบบจำลองสำหรบโพรโทคอลเอทเอมตามทสหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศแนะนำตามขอกำหนด I.321 แสดงดงรปท ๖.๑ รปแบบจำลองอางองของโพรโทคอลเอทเอม ประกอบดวยสวนระดบชนซงอยลางสด คอระดบชนกายภาพ ในระดบชนนสามารถแบงเปนระดบชนยอยไดสองสวนคอ ระดบชนยอยการรวมการสง (Transmission Convergence Sublayer) และระดบชนยอยทางกายภาพของสอตวกลางอสระ (Physical Media-dependent Sublayer) สวนระดบชนทสองคอระดบชนเอทเอม และระดบชนทสามคอระดบชนดดแปลงใหเหมาะสม ซงจะตดตอกบงานประยกตของผใชในระดบชนทสงขนไป โดยเมอเปรยบเทยบกบแบบจำลองอางองมาตรฐานการเชอมตอระหวางระบบเปด ซงแบงเปน ๗ ระดบชน

รปท ๔.๒ ตวอยางพนฐานการเชอมตอระบบระหวางสวตชเอทเอมในเครอขายสาธารณะและเครอขายสวนตว

การเชอมระหวางเครอขายสวนตว

การเชอมตอเพอสบเปลยนขอมล

การเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขายสาธารณะ



การเชอมตอระหวางผใหบรการ


อปกรณปลายทาง

อปกรณสอสารขอมลเอทเอม



สวตซเอทเอมสาธารณะ



Private ATMswitch

Private ATMswitchการเชอมตอระหวางผใช

ไปยงเครอขายสวนตวการเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขายสวนตว

รปท ๕.๒ ตวอยางพนฐานการเชอมตอระบบระหวางสวตชเอทเอมในเครอขายสาธารณะและเครอขายสวนตว


แลว แบงระดบชนเปน โพรโทคอลเอทเอมจะทำงานอยในระดบชนลางสองระดบ คอ ระดบชนกายภาพ และระดบชนการเชอมตอขอมล ของแบบจำลองอางองมาตรฐานการเชอมตอระหวางระบบเปด ๖.๑ แบบจำลองอางองโพรโทคอลเอทเอมตามระดบชน การจดการในระดบชน จะทำหนาทคอยดแลและอำนวยความสะดวกตามความตองการใหกบ

รปท ๕.๓ ตวอยางการเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขาย

รปท ๖.๑ แบบจำลองอางองโพรโทคอลเอทเอม

แตละระดบชน แบบจำลองอางองโพรโทคอลเอทเอม ประกอบดวยสามระดบชน คอ ก) ระดบชนกายภาพ (Physical Layer) ในระดบชนนจะอธบายเกยวกบสอตวกลางทใชในการสงขอมล และคาตวแปรตางๆ ทเกยวของในการสงขอมล เชน อตราการสงขอมลคณภาพการบรการทตองการ เปนตน


ข) ระดบชนเอทเอม (ATM Layer) ในระดบชนนจะกำหนดรปแบบและขนาดของเซลล ประกอบดวยสวนหวของเซลลเอทเอมทมขนาด ๕ ไบต และสวนของขอมลขนาด ๔๘ ไบต ค) ระดบชนดดแปลงใหเหมาะสม (ATM Adaptation Layer: AAL) ในระดบชนนจะทำการดดแปลงขอมลซงถกสงตอมาจากในระดบชนบนของงานประยกตตางๆ ใหอยในรปแบบทเหมาะสมตามความตองการในระดบชนเอทเอม ในระดบชนนสามารถแบงประเภทยอย ตามคณสมบต ขอมลทจะถกสงมอตราการสงขอมลคงทหรอแบบปรบเปลยนคาได (Variable/Constant bit rate) การสงขอมลเปนแบบกำหนดการเชอมตอ หรอไมกำหนดการเชอมตอ (Connection/Connectionless) ขอมลทถกสงเปนแบบอางองกบเวลาหรอ แบบอสระกบเวลา (Dependent/Independent) เอเอแอล-1 (AAL 1) อตราการสงขอมลคงท การสงขอมลเปนแบบกำหนดการเชอมตอ ทราฟกขอมลแบบประสานเวลา เหมาะสำหรบการสงขอมลเสยงทไมมการบดอดขอมล เอเอแอล-2 (AAL 2) อตราการสงขอมลแบบ

ระดบชน ฟงกชนการทำงาน

ระดบชนบน รวมระดบชนยอย ระดบชนดดแปลงใหเหมาะสม • แยกและการประกอบคนของระดบชนยอย (ATM Adaptation Layer) ระดบชนเอทเอม (ATM Layer) • ควบคมการไหลของขอมล • สรางและแยกสวนหวของเซลลขอมล • แปลและบดอดขอมลในสวนของตวระบเสนทางเสมอน และตวระบวงจรเสมอนของเซลลขอมล • มลตเพลกซและดมลตเพลกซเซลลขอมล ระดบชนกายภาพ • ควบคมอตราการสงขอมล (Physical Layer) • ดดแปลงและปรบใหอยรป เซลลขอมล • สรางและกคนเซลลขอมลในการสง • ควบคมเวลาในการสงบตขอมล • ดแลจดการสอตวกลางทใชในการสงขอมล

ปรบเปลยนได การสงขอมลเปนแบบกำหนดการเชอมตอ ทราฟกขอมลแบบประสานเวลา เหมาะสำหรบการสงขอมลวดโอทมการบบอดขอมล เอเอแอล-3 (AAL 3/4) อตราการสงขอมลแบบปรบเปลยนได การสงขอมลเปนแบบกำหนดการเชอมตอ ทราฟกขอมลแบบไมประสานเวลา เอเอแอล-5 (ALL 5) เหมอนกบ เอเอแอล 3/4 (AAL 3/4 แตสามารถใชกบการสอสารแบบไมกำหนดการเชอมตอ นยมใชในการสงขอมลผานโพรโทคอลอนเทอรเนตบนเครอขายเอทเอม แบบจำลองอางองโพรโทคอลเอทเอมนอกจากจะประกอบดวยระดบชนสามชนคอ ระดบชนกายภาพ ระดบชนเอทเอม และระดบชนดดแปลงใหเหมาะสมแลว ยงสามารถมองในระดบของระนาบซงเปนแยกประเภทโดยจากกลมของฟงกชนการทำงาน ๖.๒ แบบจำลองอางองโพรโทคอลเอทเอมตามระนาบ การจดการในระดบระนาบ จะทำหนาทดแลจดการและประสานการทำงานทงระบบ สามรถแบงออกเปนสามระนาบ ดงน ก) ระนาบผใช (User Plane) มหนาทเตรยม


และจดหาในการสงขอมลของผใช รวมทงกลไกในการตรวจแกความผดพลาดของขอมลและการควบคมทราฟกขอมล ข) ระนาบควบคม (Control Plane) มหนาทในการควบคมดแลการเชอมตอ การเรยก การเตรยมและสรางการเชอมตอ การปลอยการเชอมตอและการเฝาตดตามการทำงาน ค) ระนาบการจดการ (Management Plane) ประกอบดวยฟงกชนการทำงานสองสวน คอ การจดการในระดบชน และการจดการในระดบระนาบ โดยการจดการในระดบระนาบนนไมไดถกแบงเปนระดบชน เพออำนวยความสะดวกใหกบการดแลจดการทงระบบ สวนการจดการในระดบชนจะคอยดแลแลอำนวยความสะดวกใหกบแตละระดบชน การทำงานของโพรโทคอลเอทเอมในแตละระดบชน อธบายได ดงน ระดบชนเอทเอมจะสงผานเซลลเอทเอมในอปกรณสวตช โดยตรวจดทอยจากสวนหวของเซลลเอทเอมเพอใชในการสงผานไปยงวงจรสวตชสผใชทสถานปลายทาง ฟงกชนในระดบชนกายภาพจะทำการสงผานทราฟกของเซลลเอทเอมไปยงระดบชนเอทเอม เมอระดบชนเอทเอมไดรบแลวสงผานไปยงระดบชนดดแปลงใหเหมาะสม โดยในระดบชนดดแปลงใหเหมาะสมจะทำนำสวนของขอมลในเซลลเอทเอม สงใหยงงานประยกตของผใช และในทางกลบกนจะนำขอมลงานประยกตของผใชดดแปลงใหเหมาะสมเพอสงตอใหกบระดบชน เอทเอม ๗) ประเภทการบรการของเอทเอม ATM Service Classes ผใชสามารถกำหนดความตองการในแตละการเชอมตอในระบบเอทเอมได โดยสามารถแบงประเภทการบรการในเอทเอมได ๕ ระดบตามขอกำหนดของคณะทำงานเอทเอม สำหรบการเชอมตอระหวางผใชไปยงเครอขาย ไดดงน ก) อตราการสงขอมลคงท (Constant bit rate: CBR) เปนรปแบบการบรการพนฐาน โดยทราฟกของเซลลเอทเอมจะคงท เชน ใชในการสงขอมลประเภท เสยง การประชมทางวดทศน ข) อตราการสงขอมลปรบเปลยนได แบบไมใช

เวลาจรง (Variable bit rate-real time: VBR-rt) สามารถสงทราฟกขอมลทมอตราเรวไมคงทได ใชในการสงขอมลเชน ขอมลจดหมายอเลกทรอนกสแบบสอประสม ค) อตราการสงขอมลปรบเปลยนได แบบเวลาจรง (Variable bit rate-real time: VBR-rt) ใชสำหรบงานประยกตทไวตอการเปลยนแปลงของเวลาหนวงในการสงทราฟกขอมลเชน การสงขอมลวดโอแบบเชงโตตอบทมการบบอดขอมล ง) อตราบตพรอมใช (Available bit rate: ABR) มการควบคมอตราการสญหายและเวลาหนวงของทราฟกขอมล ใชในการโอนยายไฟลขอมล จดหมายอเลกทรอนกส จ) อตราการสงขอมลแบบไมระบ (Unspeci-fied bit rate: UBR) ใชสำหรบงานประยกตทสงขอมลแบบใชเวลาไมแนนอน เชน การสงขอมลผานทางอนเทอรเนต ๘) เทคโนโลยทางเลอกชนดอนๆ Alternative Technologies เทคโนโลยทางเลอกอนซงใชในการสงขอมลความเรวสงสำหรบใชในการสงขอมลผานเครอขายอนเทอรเนตเชนเดยวกบระบบเอทเอม ดงน ๘.๑ เฟรมรเลย (Frame relay) เทคโนโลยการสงขอมล มลกษณะการแบงขอมลเปนเฟรม เชนเดยวกบระบบเอทเอมเฟรมในระบบเอมมขนาดความยาวคงท เรยกวาเซลลเอทเอม สำหรบขนาดความยาวเฟรมในเฟรมรเลยมความยาวซงแปรผนได เฟรมรเลยนยมใชในการเชอมตอระหวางเครอขายทองถน (Local Area Network: LAN) กบเครอขายบรเวณกวาง (Wide Area Network: WAN) เฟรมรเลยมอตราการสงขอมลหลายอตราเชน เมอใชรปแบบการสงสญญาณเชอมตอแบบ T-1 มอตราการสงขอมล ๑.๕๔๔ เมกกะบตตอวนาท ๘.๒ โซเนตและเอสดเอช (SONET/SDH) เทคโนโลยการสงขอมลความเรวสงผานเสนใยนำแสง สามารถสงขอมลดวยอตราเรวสงเชนมาตร


๑๑) บรรณานกรม [๑] Mohammad A. Rahman, Guide to ATM systems and technology, Artech House, 1998. [๒] Timothy Kwok, ATM: the new paradigm for Internet, Intranet and Residential Broadband Services and Applications, Prentice Hall, 1998. [๓] Uyless Black, ATM Foundation for Broadband Networks. Vol. I, 2nd Edition, Prentice Hall, 999.

๑๐) จดหมายเหต (Milestones) ลำดบเหตการณสำคญของเทคโนโลยเอทเอมแสดงดงตารางท ๑๐.๑

๒๕๒๓ เทคโนโลยการสงขอมลแบบแบงขอมลเปนแพกเกต (packet) สำหรบโครงขายบรการสอสาร (1980) รวมระบบดจทลแถบกวาง มการนำมาใชงานและพฒนาเชน มาตรฐาน X.25 เฟรมรเลย ๒๕๓๓ สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ หรอไอทย ไดเสนอเทคโนโลยเอทเอมเพอใชสำหรบ (1990) โครงขายบรการสอสารรวมระบบดจทลแถบกวาง ๒๕๓๔ กอตงคณะทำงานสำหรบเอทเอม (ATM forum) เพอกำหนดมาตรฐาน ความเขากนได และ (1991) สงเสรมการใชงานเอทเอม ๒๕๓๗ มาตรฐานการเชอมตอทางกายภาพดวยสายตเกลยวค (Twisted pair) สำหรบเอทเอม ซงม (1994) อตราการสงขอมล ๑๕๕ เมกกะบตตอวนาท

ป พ.ศ. ลำดบเหตการณสำคญ (ค.ศ.)

ฐานเอสทเอมวน (STM-1) มอตราการสงขอมล ๑๕๕.๕๒ เมกกะบตตอวนาท จนถงระดบกกะบตสำหรบมาตรฐาน OC-92/STM-64 ๙)การประยกตใชงาน Applications การนำเทคโนโลยเอทเอมนำมาประยกตใชงานสำหรบการสงขอมลความเรวสง ดงน ๙.๑ เครอขายหลกสำหรบอนเทอรเนต (Internet backbone) เทคโนโลยเอทเอมถกใชเปนเครอขายพนฐานหลกในการเชอมตอระหวางเครอขายทองถนและเครอขายวงกวางเพอใหบรการสงขอมลอนเทอรเนต

ทตองการความเรวสงเชน การสงขอมลวดโอ ๙.๒ เครอขายโครงสรางพนฐานสำหรบโทรศพทเคลอนท (Mobile infrastructure network) ใชเปนโครงขายในการเชอมตอเพอสงขอมลระหวางสถานฐาน (Base Station: BS) และศนยสลบสายบรการโทรศพทเคลอนท (Mobile Circuit Switching Center: MSC) ๙.๓ เครอขายสวนตว (Private network) เครอขายเพอสงขอมลความเรวสงเฉพาะกลม เชน ในการเชอมตอระหวางคณะและหนวยงานในมหาวทยาลย การเชอมตอระหวางสาขาตางๆ ของบรษท หรอใชสรางเครอขายเฉพาะกลมอนๆ


๑) อภธานศพท (Glossary) อนเทอรเนต (Internet) เครอขายคอมพวเตอรทเชอมโยงระหวางหนวยงาน องคกรและประเทศตางๆ ทวโลก เรมมการนำมาใชเกยวกบกองกำลงทหารของประเทศสหรฐ อเมรกาในชวงสงครามเยนประมาณป ค.ศ.1969 (พ.ศ. ๒๕๑๒) โดยมผใหบรการอนเทอรเนต (Internet Service Provider: ISP)ในการดแลเกยวกบเครอขาย เชน เครอขาย GTE ANS และ UUNET เปนตน หมายเลขอนเทอรเนตหรอไอพแอดเดรส (IP address) เลขหมายสำหรบระบตวตนและทอย ของอปกรณคอมพวเตอรบนเครอขายอนเทอรเนต โดยคอมพวเตอรหรออปกรณคอมพวเตอรแตละตวนนจะมหลายเลขทไมซำกน อนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๔ (Internet Protocol Version 4) ระเบยบวธทใชแลกเปลยนขอมลระหวางเครองคอมพวเตอรบนเครอขายอนเทอรเนต โดยการตดตอกนดวยหมายเลขอนเทอรเนตขนาด ๓๒ บต อนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๖ (Internet Protocol Version 6) ระเบยบวธทใชแลกเปลยนขอมลระหวางเครองคอมพวเตอรบนเครอขายอนเทอรเนต โดยการตดตอกนดวยหมายเลขอนเทอรเนตขนาด ๑๒๘ บต แพกเกต (Packet) ชดของขอมลทคอมพวเตอรบนเครอขายแลกเปลยนกนเพอสนทนา ในแพกเกตจะประกอบดวยสวนหว(Header) ซงเปนตำแหนงทระบตนทางปลายทางและตวแปรอนทเกยวของกบการเดนทาง

บทท Xอนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๖ (Internet Protocol Version 6)

พนตา พงษไพบลย ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต

ของชดขอมลและสวนของขอมล (Payload) ดอล สแตกซ (Dual Stacks) การใชงานอนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๔ ควบคกบอนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๖ ภายในอปกรณตวเดยวกน อโมงค IPv6 ใน IPv4 (IPv6-in-IPv4 Tunnel) การหอหมแพกเกตขอมล IPv6ทตองการสงไวภายในแพกเกตขอมล IPv4 เพอใชงาน IPv6 เมอเครอขายทเชอมตออยดวยไมสนบสนน IPv6 องคกรกำหนดมาตรฐานการทำงานของอนเทอรเนต (Internet Engineering Task Force: IETF) หนวยงานททำหนาทในการกำหนดมาตรฐานการทำงานของอนเทอรเนต ทำหนาทในการดำเนนการดานการใชงานเครอขายอนเทอรเนตรวมทงการวจยทเกยวของกบพฒนาการทางดานสถาปตยกรรมทางอนเทอร เนต กอต งขนเมอป ค.ศ.1986 (พ.ศ.๒๕๓๑) การแปลงหมายเลขอนเทอรเนต (Network Address Translation: NAT) การใชหมายเลขอนเทอรเนตในชวงทถกสำรองไวตามมาตรฐาน RFC 1597 (Request for Comment) สำหรบคอมพวเตอรภายในเครอขายเดยวกนเพอตดตอกบคอมพวเตอรทอยตางเครอขาย เกตเวย (Gateway) โปรแกรมหรอสวนของฮารดแวรสำหรบการรบ-สงขอมลระหวางเครอขายทมลกษณะแตกตางกนเขาดวยกน เชน การเชอมโยงเครอขายทใชโพรโทคอลตางกนเพอใหสามารถรบ-สงขอมลขาวสารได เปน ตน


๒) บทคดยอ อนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๖ หรอไอพวซก (IPv6) พฒนาขนจากอนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๔ หรอ ไอพวโฟว (IPv4) เพอรองรบการใชงานอนเทอรเนตทเพมขน เนองจากหมายเลขอนเทอรเนตไมเพยงพอตอการใชงานโดยท IPv6 มความยาว ๑๒๘ บตสามารถรองรบไอพแอดเดรสไดสงมหาศาล 2128 หมายเลข รวมถงมการปรบปรงประสทธภาพในดานตางๆจาก IPv4 โดยเทคนคการปรบเปลยนเครอขายจาก IPv4 ส IPv6 มสามวธหลก ไดแก การใชงานอนเทอรเนตโพรโทคอลทงสองเวอรชนควบคกน (Dual-Stack) การใชงาน IPv6 ผานอโมงคบนเครอขาย IPv4 (Tunnel) และการตดตงอปกรณเพอแปลงรปแบบขอมลจาก IPv4 เปน IPv6 (Translation) Abstract Internet Protocol version 6 (IPv6) was developed and standardized to solve the address space problem in the current Internet Protocol version 4 (IPv4). The IPv6 address is 128 bits long. Supporting many as 2128 IP addresses. In addition, IPv6 improves efficiency of network operation over IPv4. The migration from IPv4 networks to IPv6 networks can be done in three manners: dual stacks. IPv6-in-IPv4 tunnel, or IP protocol translation.

๓) บทนำ สวนสำคญสำหรบการทำงานของอนเทอรเนต ไดแก อนเทอรเนตโพรโทคอล (Internet Protocol) ซ งประกอบดวยหมายเลขไอพแอดเดรส (IP Address) ทใชสำหรบการอางองเครองคอมพวเตอรและอปกรณเครอขาย บนอนเทอร เนตทวโลก เปรยบเสมอนการใชงานโทรศพทในการตดตอสอสารจะตองมเลขหมายเบอรโทรศพทเพอใหอางองผรบสายได โดยคอมพวเตอรทกเครองในอนเทอรเนตจะมหมายเลขไอพแอดเดรสไมซำกน ซงการเชอมตอเครอขายอนเทอรเนตสวนใหญอยบนพนฐานการทำงานของอนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๔ (Internet Protocol version 4 : IPv4) เปนมาตรฐานในการสอสารบนเครอขายอนเทอรเนตตงแตป ค.ศ.1981 (พ.ศ.๒๕๒๔) แตเนองจากการใชงานอนเทอรเนตทเพมขนทำใหจำนวนหมายเลขไอพของ IPv4 ไมเพยงพอทำใหไมสามารถเชอมตอเครอขายเขากบระบบอนเทอรเนตทเพมขนได ดงนนองคกรกำหนดมาตรฐานการทำงานของอนเทอรเนตหรอ IETF (The Internet Engineering Task Force) จงไดพฒนาอนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๖ (IPv6) เพอทดแทน IPV4 โดยมวตถประสงคเพอ

ปรบปรงโครงสรางของตวโพรโทคอลใหรองรบหมายเลขไอพทเพมขนและปรบปรงคณลกษณะอน เชน ความปลอดภย การรองรบแอปพลเคชนหรอการประยกตใชงานใหม ๆ และการเพมประสทธภาพในการประมวลผลแพกเกตใหดขน เปนตน ทำใหตอบสนองตอการขยายตวและความตองการใชงานเทคโนโลยบนเครอขายอนเทอรเนตไดมากขน ๔) หลกการพนฐาน องคประกอบพนฐานของ IPv6 ทแตกตางจาก IPv4 ไดแก ความยาวของหมายเลขไอพและรปแบบของแพกเกตเฮดเดอร (Packet Header) นอกจากนน IPv6 ยงมความสามารถทเพมขน ดงน ๔.๑ รปแบบของหมายเลขไอพ (IPv6 Address Format) รปแบบของ IPv4 และ IPv6 มการพฒนาเพอใหรองรบการใชงานอนเทอรเนตทเพมขนโดย IPv4 มความยาว ๓๒ บต รองรบหมายเลขอนเทอรเนตได 232 หรอประมาณสพนลานหมายเลข ในขณะท IPv6 มความยาว ๑๒๘ บต รองรบได 2128 หมายเลข แสดงดงรปท ๔.๑


จากรปท ๔.๑ แสดงการเปรยบเทยบรปแบบแอดเดรสของ IPv6 และ IPv4 เนองจากความยาวทเพมขนของ IPv6 ทำใหไมสามารถใชตวเลขฐานสบในการอางองถงหมายเลขไอพ (IPv4 address ใชตวเลขฐานสบจำนวนสชดในการแสดงคา ๓๒ บต เชน 202.127.3.254) การอางองถง IPv6 address จงใชเลขฐานสบหกเปนหลก โดยจะเขยนในลกษณะ ๘ กลมตวเลข คนดวยเครองหมาย “:” แตละกลมตวเลขจะประกอบไปดวยเลขฐานสบหกจำนวน ๔ ตว (ตวละ ๔ บต รวมเปน ๑๖ บต) นอกจากนยงสามารถเขยนแบบยอได โดยมเงอนไขดงนคอ ๔.๑.๑ หากมเลขศนยดานหนาของกลมใดสามารถจะละไวได ๔.๑.๒ หากมกลมใดเปนเลขศนยทง ๔ ตว (0000) สามารถเขยนแทนไดดวย “0” ๔.๑.๓ หากกลมใดกลมหนง (หรอหลายกลมทตำแหนงตดกน) เปนเลขศนยทงหมด สามารถจะละไวไดโดยใชเครองหมาย “::” แตจะสามารถทำในลกษณะนไดในตำแหนงเดยวเทานน เพอไมใหเกดความสบสน นอกจากนบางครงแอดเดรสของ IPv6 อาจมแอดเดรสของ IPv4 แทรกอย ในกรณนสามารถเขยนในลกษณะทคงสภาพหมายเลข IPv4 อยได การเขยนหมายเลขแสดงดงตวอยางในรปท ๔.๒ ๔.๒ รปแบบเฮดเดอรของ IPv6 (IPv6 Header Format) เฮดเดอร (Header) ของขอมลแบบ IPv6 ชดขอมล (packet) จะมขนาดคงท (๔๐ ไบต) ประกอบดวยตำแหนง ทจำเปนสำหรบการประมวลผลชดขอมลทเราเตอร (router) หรออปกรณเลอกเสนทางทกตวเทานน สวนตำแหนงทอาจจะถกประมวลผลเฉพาะทตนทางหรอปลายทางหรอทเราเตอรบางตว

จะถกแยกออกมาไวทสวนขยายของเฮดเดอร (Extended Header) โดยรปแบบทแตกตางกนของ IPv4 และ IPv6 มบางตำแหนงทแตกตางกนดงแสดงในรปท ๔.๓ ๔.๒.๑ ตำแหนงขอมลทตดออกไป ตำแหนงขอมลของ IPv6 ทตดออกประกอบดวยสวนตาง ๆ ดงน ก) ความยาวของเฮดเดอร (Header length) ถกตดออกไปเนองจากเฮดเดอรของ IPv6 มขนาดคงท (๔๐ ไบต) ทำใหประสทธภาพโดยรวมของการประมวลผลแพกเกตดขนและไมเสยเวลาในการคำนวณขนาดของเฮดเดอร ข) Identification Flag และ Flag Offset Protocol Options รวมทง Padding ถกยายไปอยในสวนขยายเฮดเดอร (Extended Header) เนองจากเปนสวนทไมจำเปนตองประมวลผลในทก ๆ เราเตอร ค) การตรวจสอบสวนหว (Header Check sum) ถกตดออกเนองจากซำซอนกบฟงกชนของโพรโทคอลในชนทอยสงกวา อกท งเปนการเพมประสทธภาพของการประมวลผลดวยเนองจากChecksum จะตองมการคำนวณใหมทเราเตอรเสมอหากตดออกกจะลดภาระงานทเราเตอรไปได ๔.๒.๒ ตำแหนงขอมลทปรบเปลยน ตำแหนงขอมลของ IPv6 ทปรบเปลยนประกอบดวยสวนตาง ๆ ดงน ก) Total Length เปลยนมาเปน Payload length เพอระบขนาดของ Payload ในหนวยไบต ดงนนขนาดของ Payload สงสดจะเปน ๖๕,๕๓๖ ไบต ข) Time-To-Live (TTL) ของ IPv4 จะเปลยนมาเปน Hop Limit เนองจาก TTL ระบเวลาทชด

รปท ๔.๒ ตวอยางการเขยนแอดเดรสของ IPv6 แบบยอ (ขอมลเทคนค)

รปท ๔.๑ เปรยบเทยบรปแบบแอดเดรสของ IPv6 และ IPv4 (ขอมลเทคนค)


๔.๒.๓ ตำแหนงขอมลทเพมขน ตำแหนงขอมลของ IPv6 ทเพมขนประกอบดวยสวนตาง ๆ ดงตอไปน ก) Flow Label ใชระบลกษณะการไหลเวยนของ การจราจรของขอมลหรอทราฟก (Traffic) ระหวางตนทางกบปลายทางเนองจากในแอปพลเคชนหนงมทราฟกไดหลายประเภท (เชน ภาพ เสยง ตวอกษร เปนตน) และทราฟกแตละประเภทมความตองการทแตกตางกน Flow Label จงมไวเพอแยกประเภทของทราฟกและเพอใหเราเตอรทราบไดวาควรปฏบตตอทราฟกแตละประเภทแตกตางกน ๔.๓ ประสทธภาพดานตางๆ ของ IPv6 นอกจากจำนวนไอพแอดเดรสทเพมมากขน IPv6 ยงปรบปรงประสทธภาพดานตาง ๆ ดงน ก) การจดการ (Management) เนองจากการตงคาและปรบแตงระบบเครอขายมความซบซอนมากขน ดงนน IPv6 จงสนบสนนการตดตงและปรบแตงระบบแบบอตโนมต (auto configuration) เพอ

ขอมลอยในอนเทอรเนต (หนวยเปนวนาท) แตเราทเตอรไมสามารถวดเวลาของแพกเกตในหนวยวนาทไดทำไดเพยงวดจำนวน hop ทแพกเกตเดนทางผาน โดยการลด TTL ครงละหนงหนวยทกครงทแพกเกตเดนทางผานเราทเตอร แมจะใชเวลาประมวลผลแพกเกตนอยกวาหรอมากกวา ๑ วนาท ทำใหไมตรงกบความหมายของ TTL ดงนนจงถกเปลยนเปน Hop Limit เพอใหตรงกบความหมายจรง ซงเหมาะสมและงายสำหรบการประมวลผล ค) Protocol เปลยนมาเปน Next Header ซงจะใชระบ Extended Header ตวถดไปวาเปนเฮดเดอรประเภทใด เชน ถาเปน Extended Header ชนด IPsec จะมคา Next Header = ๕๑ เปนตน ง) ประเภทของบรการ (Type-of-Service: TOS) เปลยนมาเปน Traffic Class ซงมจำนวนบตมากกวา สามารถแบงกลมและระดบความสำคญของแตละแพกเกตละเอยดมากขนทำใหเราเตอรสามารถจดลำดบขนการสงแพกเกตใหเหมาะสม

รปท ๔.๓ การเปรยบเทยบรปแบบเฮดเดอรระหวาง IPv6 และ IPv4 (ขอมลเทคนค)

รนของ แพคเกตIP

(ver)

ความยาว ตาตาแกรม

(hlen)

ชนดการบรการ (TOS)

ความยาวรวม (total length)

หมายเลขลำดบของแตละสวนของดาตาแกรม (identification)

ฟลดขอมล (flags)

ฟลดขอมล (flags)

ตวนบ ( TTL)

โปรโตคอล (protocal)

ตำแหนงสวนยอยของขอมลในดาตาแกรม (flag-offset)

ตำแหนงของผสง (source address)

ตำแหนงของผรบ (destination address)

ขอมลของ option และ padding (option and padding)

IPv4

0 15 16 31

20 ไบท (bytes)

รนของแพกเกต

(ver)

ระบกลมแพกเกต (traffic class)

ระบลกษณะการไหลเวยน (flow-label)

ความยาวเฉพาะสวนขอมลจรงๆ (payload length)

รนของขอมลสวนหว (next headder)

กำหนดอายของ แพกเกต

(hop limit)

ตำแหนงของผสง (source address)

ตำแหนงของผรบ (destination address)

IPv6

40 ไบท (bytes)


อำนวยความสะดวกสำหรบการปรบเปลยน IP address (Address Renumbering) การเชอมตอกบผใหบรการหลายราย (Multihoming) และการจดการเครอขายแบบ Plug-and-play ข) Broadcast/Multicast/Anycast ใน IPv4 ไดมการจดสรร IP Address สวนหนงเพอเปน Broadcast address แตการสอสารแบบ Broadcast นจะสนเปลอง Bandwidth สวน Multicast เปนการสอสารทมประสทธภาพมากกวาและเรมเปนทนยม IPv6 จงถกออกแบบมาใหรองรบ Multicast group address และตด Broadcast address ออก นอกจากน IPv6 ยงเพมความสามารถในการสอสารแบบ Anycast โดยอนญาตใหอปกรณมากกวาหนงชนไดรบการจดสรร IP address เบอรเดยวกนซงหมายความวา อปกรณชนใดกไดสามารถตอบสนองตอขอมลทสงมาท Anycast address นน ๆ ค) ระบบความปลอดภย (Security) เราเตอรและอปกรณภายในเครอขาย IPv6 สามารถรองรบการใชงาน IPSec นอกจากนยงมการกำหนด Security Payload สองประเภทคอ Authentication Payload และ Encrypted Security Payload เพอสนบสนนการรบสงขอมลทมนคงปลอดภยภายใตเลเยอรระดบชนเครอขาย (Network Layer) แทนการใชเลเยอรในชนประยกต (Application Layer) เหมอนในเครอขาย IPv4 ง) Mobile IP IPv6 สนบสนนการใชงานอนเทอร เนตแบบเคลอนท เชนเดยวกบ IPv4 แตมประสทธภาพมากกวา Mobile IPv4 เนองจากสามารถสงขอมลผานเสนทางทสนทสดโดยไมตองอาศยตวกลางในการสงตอขอมล (Route Optimization) และสามารถใช IPSec ในการปองกนการโจรกรรมแพกเกตระหวางการรบ-สงขอมล จ) เครอขายเสมอนสวนตว (Virtual Private Network :VPN) การใหบรการ VPN ของเครอขาย IPv4 จะใช IPSec เพอเขารหสขอมลในเลเยอรชนเนตเวรก (Network Layer) ทงหมด ซงจะเกดปญหาหากเครอขายตนทางหรอปลายทางมการทำการแปลงหมายเลขไอพหรอ NAT (Network

Address Translation ) เนองจากการเขารหสจะตองสนสดกอนถงจดหมายปลายทางแตสำหรบเครอขาย IPv6 ไมมการแปลงหมายเลขไอพดงนนจงไมเกดปญหาดงกลาว นอกจากนยงม Extended Header หรอ Authentication Header และ Encapsulated Security Payload เพอรองรบการใชงาน VPN แบบปลอดภย ฉ) คณภาพของการบรกร (Quality-of-Service) IPv6ถกออกแบบมาใหสนบสนนการรบประกนคณภาพของบรการตงแตเรม โดยจะเหนไดจากตำแหนง Flow Label และ Traffic Class ในเฮดเดอรแมวาในเฮดเดอรของ IPv4 จะมตำแหนง Type-of-Service (ToS) แตไมมการใชอยางแพรหลาย เนองจากไมมมาตรฐานในการกำหนดคาและเราเตอรบางตว เทานนทสามารถประมวลผลตำแหนง ToS ได ทผานมา IPv4 มกปลอยให Layer ขางลางจดการเรอง QoS แทน เชน ผานเทคโนโลย MPLS ATM หรอเทคโนโลยโซเนตและเอชดเฮช (Synchronous Digital Hierarchy: SONET/SDH) ๕) การปรบเปลยนระบบเครอขายจาก IPv4 ส IPv6 เทคนคในการปรบเปลยนเครอขายจาก IPv4 ส IPv6 (Transition technology) มสามเทคนค ไดแก การใชงาน IPv4 ควบคกบ IPv6 (Dual stack) การ

รปท ๕.๑ โครงสรางของ Dual IP stacks (ขอมลเทคนค)

IPv4 App IPv6 App

Socket API

TCP/UDPv4 TCP/UDPv6

IPv4 IPv6

L2

L1


รปท ๕.๒ การหอหมชดขอมล IPv6 ไวภายใตชดขอมล IPv4

เฮดเดอรของ IPv6 IPv6 Header

Extension Headers Higher-Level protocol header+apalication

content

ทอยของออปชน เฮดเดอรของโปรโคดอลระดบสงและเนอของการประยกต

แพคเกต IPv6(IPv6 Packet)

เฮดเดอรของ IPv4 IPv4 L leader

เฮดเดอรของ IPv6 IPv6 L Header

Extension Headers Higher-Level protocol header+apalication

content

ทอยของออปชน เฮดเดอรของโปรโคดอล ระดบสงและเนอของการประยกต

แพคเกต IPv4 (IPv4 Packet)

อยดวยไมสนบสนน IPv6 โหนดดงกลาว สามารถใช Dual stacks เพอรองรบทง IPv4 และ IPv6 หลกการทำงานคอ IP stack ทอยภายในโหนดจะแบงออกเปนสอง Stacks ททำงานขนานกน เชน เมอโหนดไดรบ IPv6 packet โหนดจะเลอก IPv6 stack มาจดการกบแพกเกต (โดยตรวจสอบเวอรชนของโพรโทคอลจากสวนหวของแพกเกต) ในขณะเดยวกนโหนดสามารถตดตอกบเครอขาย IPv4 (ผาน IPv4 stack) ได เหมอนเดมโดยไมตองเปลยนแปลงซงโหนดทม dual stack นจะตองม IP Address สองหมายเลข คอ IPv4 address และ IPv6 address โดยการเปลยนแปลงโดยใชเทคนค dual stacks นมความตองการเบองตน (ระดบ Host และ Network) ดงน ก) หมายเลข Public IPv4 address และ IPv6 address อยางละ ๑ หมายเลข สำหรบแตละอปกรณทตองการตดตงโดยใชเทคนคแบบ Dual stacks ข) โฮสตหรออปกรณทจะใชงาน dual-stack ตองรองรบ IPv6

ทำอโมงค (tunneling) และการเปลยนแปลงขอมล (translation) ซงการเลอกใชแตละเทคนคขนอยกบความเหมาะสมและลกษณะการใชงานของเครอขายทมอย โดยเทคนคการปรบเปลยนแตรปแบบแตกตางกนดงน ๕.๑ การใชงาน IPv4 ควบคกบ IPv6 (Dual stack) เทคนคนเปนการปรบเปลยนเครอขายการใชงาน IPv4 และ IPv6 stack ควบคกนไปภายในอปกรณตวเดยวกน Dual stacks สามารถใชไดทงท end host ท เซรฟเวอรและทอปกรณเครอขาย (network device) เชน เราเตอรซงโครงสรางของ Dual stack แสดงดงรปท ๕.๑ การใชงานแบบ Dual stack เหมาะสำหรบเครอขายทตองการเรมใชงาน IPv6 ใชสำหรบการตดตอระหวางสองโหนด (node) ทใชอนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชนเดยวกนแตตองผานเครอขายกลางทใชไอพโพรโทคอลคนละเวอรชน เชน IPv4-IPv4 ผานเครอขาย IPv6 หรอ IPv6-IPv6 ผานเครอขาย IPv4 หรอในกรณทบางโหนดตองการปรบเปลยนไปใชโพรโทคอล IPv6 แตเครอขายทเชอมตอ


๕.๒ เทคนคการทำอโมงค (Tunnel) Tunnel หรอการทำอโมงค เปนการหอหมแพกเกตขอมลทตองการสงไวในอกแพกเกตหนง เนองจากแพกเกตทอยภายในไมสามารถถกสงไปยงปลายทางได จงตองอาศยการหอหมดวยแพกเกตอน การทำอโมงคเพอใชงาน IPv6 ใชเมอเครอขายเชอมตออยดวยไมสนบสนน IPv6 จงจำเปนตองหมแพกเกต IPv6 ไวภายใตแพกเกต IPv4 แสดงดงรปท ๕.๒ เทคนคการทำอโมงค (Tunnel) สำหรบเครอขาย IPv6 ตองสรางเสนทางการตดตอระหวางเครองทใชหมายเลข IPv6 ผานเครอขายทใชหมายเลข IPv4 โดยเกตเวย (Gateway) ของเครอขายของเครองท ใชหมายเลข IPv6 จะทำหนาทหอหมแพกเกต IPv6 ไวใน IPv4 กอนจะสงไปในเครอขายอนเทอร เนตทสนบสนนการใชหมายเลข IPv4 เทานน โดยระหวางทางจะตรวจสอบหมายเลขตนทางและปลายทางทอยในสวนหวของแพกเกต IPv4 เทานน โดยไมคำนงถงสวนทอยภายในเมอสงไปถงปลายทางเกตเวยจะถอดแพกเกต IPv4 ออกใหเหลอแตแพกเกต IPv6 แลวสงแพกเกตตอไปยงเครองปลายทางทใช IPv6 ตอไป ขอเสยของวธนคอ การหอหมชดขอมลทำใหแพกเกตมขนาดใหญขน เปนผลให เครอข ายม overhead สงขน นอกจากนการทำ Tunnel จำเปนตองใช Dual stacks ทตวเกตเวยทงสองดานของอโมงค โดยเทคนคการทำ IPv6 Tunnel มสามประเภทดงน

๕.๒.๑ Manually Configured Tunnel วธนเหมาะสำหรบการใหบรการทเชอมตอกนระหวางเครองทใชและตดตงหมายเลย IPv6 เพยงประเภทเดยว โดยตองมเกตเวยทตดตงและใชงานแบบ Dual stacks ซงจะทำหนาทเปนอโมงคเครอขายทางเขาและทางออกโดยแตละดานจะตองเกบหมายเลข IP address ของอโมงคเครอขายของอกดานทตองการเชอมตอ ซงผดแลระบบจะตองใสหมายเลข IP address ของปลายทางอโมงคเขาไปเอง วธนจงตองการการดแลสงในสวนของการทำงาน เมอแพกเกต IPv6 มาถงอโมงคจะถกหอหมดวยเฮดเดอร IPv4 โดยใชหมายเลข IPv4 ของเครอขายตนทาง หมายเลข IPv4 ของเครอขายปลายทาง และระบชนดโพรโทคอลของขอมลทอยภายในเปน IPv6 เมอแพกเกตมาถงปลายทางอโมงค เครอขายปลายทางจะทำการตรวจสอบเฮดเดอรซงจะทราบวาภายในเปนแพกเกตท ใชหมายเลข IPv6 ดงนนอปกรณเกตเวยจะแยกสวน Header ของ IPv4 ออกไปเหลอแตสวนทเปน IPv6 แพกเกตแลวสงตอไปยงเครองปลายทางทใชหมายเลข IPv6 ทระบอยในสวน Destination ของเฮดเดอร IPv6 โดยวธการแบบ Manual ly Conf igured Tunnel มความตองการเบองตน ดงน ก) ตองใชเราเตอรหรอเกตเวยท เปน Dual Stacks สำหรบ Tunnel Gateway ข) หมายเลข Public IPv4 address และ IPv6 address อยางละหนงหมายเลขสำหรบ Tunnel

รปท ๕.๓ การทำงานของ Manually Configured tunnel (ขอมลเทคนค)


Gateway ค) ตองทราบหมายเลข Public IPv4 address และ IPv6 address ของ Tunnel Gateway อกฝง ๕.๒.๒ Semi Automatic Tunnel (Tunnel Broker) การทำงานของ Semi Automatic Tunnel หรอ Tunnel Broker เปนการสรางอโมงคอตโนมตโดยผใช (end user) ตองลงทะเบยนใชบรการกบผใหบรการ โดยผใหบรการจะสราง Tunnel เพอเชอมตอไปยงเครอขาย IPv6 แทนผทมาลงทะเบยน ดงนนผทใหบรการ Tunnel Broker จงเปนเสมอนผใหบรการ IPv6 แกผใชทมการเชอมตอผานเครอขาย IPv4 ทมอย การเลอกใชงาน Tunnel Broker เหมาะสำหรบเครอขาย IPv6 ขนาดเลกหรอโฮสตจำนวนไมมากทตองการเชอมตอกบเครอขาย IPv6 ขนาดใหญแหงอนแบบงาย การเชอมตอดวย Tunnel แบบอนจะเหมาะสำหรบการตดตอกนระหวางเครอขาย IPv6 ยอยสองเครอขายโดยไมตองใชการเชอมตอทระดบ ISP สำหรบความตองการระดบเบองตน ระดบ Network และระดบ Host ของวธการแบบ Semi Automatic Tunnel มดงน ความตองการระดบ Network ก) เราเตอรหรอเกตเวย (IPv4 หรอ Dual

stacks กได) สำหรบ Tunnel Broker ข) เราเตอรหรอเกตเวยทเปน Dual stacks สำหรบ Tunnel Server (Tunnel Gateway) ค) หมายเลข Publ ic IPv4 address ๑ หมายเลข สำหรบ Tunnel Broker ง) หมายเลข Publ ic IPv4 address ๑ หมายเลข สำหรบ Tunnel Server ความตองการระดบ Host ก) ผทเรยกใชบรการจาก Tunnel Broker อาจเปนโฮสตหรอเราเตอรกได ซงเราจะเรยกอปกรณนวา Tunnel Broker Client ข) อปกรณโฮสตหรอเราเตอรท เปน Dual stacks สำหรบ Tunnel Broker Client ค) หมายเลข Public IPv4 address สำหรบ Tunnel Broker Client หนงหมายเลข ง) ชอทตองการลงทะเบยนในฐานขอมลของโดเมนหรอดเอนเอช(Domain Name System: DNS) คกบหมายเลข IPv6 address ทไดรบจดสรรจาก Tunnel Broker จ) ถา Tunnel Broker Client เปนโฮสตไมควรอยหลง NAT Gateway หรอถาหลกเลยงไมได ตองเปดพอรต ๔๑ ท NAT Gateway ฉ) ถา Tunnel Broker Client เปนเราเตอร ตองระบจำนวน IPv6 address ทตองการรบจดสรรจาก Tunnel Broker

รปท ๕.๔ การทำงานของ Tunnel Broker (ขอมลเทคนค)


ขนตอนการตดตง Tunnel Broker บนโฮสตโดยสวนใหญผใหบรการ Tunnel Broker จะเปนผกำหนดขนตอนการตดตงคาตาง ๆ บนโฮสตทตองการเปน Tunnel Broker Client มาใหโดยคอมพวเตอรทเปน Tunnel Broker Client จะตองทำการตดตง Dual stacks กอน เพอใหสามารถใชงาน IPv6 ได จากนนผใชจะตองลงทะเบยนขอใช Tunnel Borker ทเวบไซตของผใหบรการ Tunnel Broker และทางผใหบรการจะสงซอฟตแวรเพอใชในการตดตอกบ Tunnel Broker มาใหลงทเครองโฮสต ๕.๒.๓ Fully Automatic Tunnel การทำงานแบบ Fully Automatic Tunnel มขนตอนการทำงานเหมอนกบวธ Manual ly Conf igured Tunnel แตจะแตกตางกนตรงท Tunnel Gateway แตละดานไมตองเกบหมายเลข IP address ของเกตเวยปลายทางทตองการเชอมตอ แตเกตเวยจะตรวจสอบหมายเลขเครองปลายทางโดยพจารณาจากหมายเลขปลายทางของแพกเกตทถกหอหมอย วธหนงในการทำ Fully Automatic Tunnel คอ วธ 6to4 Tunnel เครอขายทเชอมตอแบบ 6to4

Tunnel จะตองกำหนดหมายเลข IPv6 Prefix พเศษใหกบตวเกตเวยทงสองฝงของ 6to4 Tunnel Prefix นจะขนตนดวย 2002 และจะตองม IPv4 address ทอย ในรปเลขฐานสบหก ตามมา เพราะฉะนน Prefix ตองมความยาวอยางนอย ๔๘ บตตามรปแบบ 2002:<IPv4 in hex>::/48 เชน หาก IPv4 address ของเกตเวยคอ 202.57.124.186 (แปลงเปนเลขฐานสบหกได CA39:7cBA) IPv6 address ของเกตเวยอาจเปน 2002:CA39:7CBA::1/48 การกำหนด Prefix วธนจะทำใหทราบหมายเลข IPv4 ของเกตเวยปลายทางไดโดยอตโนมต จากรปท ๕.๕ เมอแพกเกต IPv6 มาถงเกตเวยทางออกทจะไปยงอนเทอรเนตเกตเวย จะตรวจสอบหมายเลขปลายทาง พบหมายเลขปลายทางถกกำหนดเปน 2002:C096:F018::2/128 เกตเวยสามารถทราบไดวา IPv4 address ของเกตเวยปลายทางจะตองเปน CO96:F018 หรอ 192.150.240.24 จงกำหนดหมายเลขน ใน Destination field ของ IPv4 packet header ทนำมา encapsulate โดยวธการแบบ Fully Automatic Tunnel หรอ 6to4 Tunnel มความตองการเบองตน

รปท ๕.๕ การทำงานแบบ Fully Automatic Tunnel (ขอมลเทคนค)


127.16.1.1 ในการตดตอกบเครองอนในเครอขาย IPv4 ดวยกน แตหากตองการตดตอกบคอมพวเตอรอกเครองในเครองขาย IPv6 จำเปนตองสงแพกเกตขอมลผานเกตเวย NAT-PT เพอแปลงหมายเลขตนทางจาก 127.16.1.1 ใหเปนรปแบบ IPv6 address เชน 2001:0420:1987:0:2E0: B0FF:FE6A:412C จะไดตดตอกบ IPv6 ได โดยมอปกรณเกตเวย NAT-PT น จำคหมายเลขนไว เพอทวาเมอไดรบแพกเกตตอบจากเครองในเครอขาย IPv6 โดยมปลายทางท 2001:0420:1987:0: 2E0:B0FF:FE6A:412C เพอจะไดทราบวาควรแปลงกลบเปนหมายเลข 172.16.1.1 เนองจากแอปพลเคชนบางชนด เชน ในบรการชอโดเมน (DNS) มการบรรจหมายเลข IP Address ในสวนของ payload ดวย ทำใหเกดปญหา เนองจากเกตเวย NAT-PT จะไมสามารถแปลง IP address นอกเหนอจากสวนทอยใน IP เฮดเดอรได เพราะเกตเวย NAT-PT เปนอปกรณททำงานในระดบ Network layer จงไมสามารถตรวจสอบวาแตละแพกเกตทผานเขามาเปนของแอปพลเคชนชนดใด ดงนนจงจำเปนตองมอปกรณอกตวททำงานในระดบ Application layer สำหรบจดการกบปญหาน ซงเรยกวา Application Layer Gateway (ALG) โดยทเกตเวย NAT-PT จะตองคอยสงแพกเกตตอไปยง ALG และแปลงคาใหเปน IP address ใหมทถกตอง

ระดบ Network และระดบ Host แสดงดงน ความตองการระดบ Network ก) เราเตอรหรอเกตเวยทเปน Dual stacks สำหรบ Tunnel Gateway ข) หมายเลข Public IPv4 address หนงหมายเลข สำหรบ Tunnel Gateway ความตองการ ระดบ Host ดงน ก) หมายเลข Public IPv4 address สำหรบโฮตหนง หมายเลข ข) โฮตไมควรอยหลง NAT Gateway หรอถาหลกเลยงไมได ตองเปดพอรต ๔๑ ท NAT Gateway ๕.๓ เทคนคการเปลยนแปลงขอมล (Translation) เทคนค NAT-PT (Network Address Translation-Protocol Translation) เปนวธการแปลงขอมลโดยม รายละเอยดของการทำงานดงน ๕.๓.๑ NAT-PT (Network Address Translation-Protocol Translation) NAT-PT มพนฐานเชนเดยวกบการทำ NAT ในเครอขาย IPv4 เปนเทคนคการแปลงหมายเลขไอพเสมอนวาคอมพวเตอรแตละเครองจะมหมายเลขไอพสองตวสำหรบตดตอกบเครอขายภายในและสำหรบตดตอกบเครอขายภายนอก สำหรบ NAT-PT จะเปนการแปลงระหวาง IPv4 address กบ IPv6 address เพอใชสำหรบการตดตอสอสารกนระหวางเครอขายทใชอนเทอรเนตโพรโทคอลคนละรน เชน ในรปท ๕.๕ คอมพวเตอรทางซายมอใชหมายเลข

รปท ๕.๖ การทำงานของ NAT-PT


๖) เทคนคสำหรบการปรบเปลยนเวอรชนของอนเทอรเนตโพรโทคอล การปรบเปลยนเครอขายเพอใหใชงานกบเครอขาย IPv6 ไดนนมหลากหลายเทคนค ซงแตละเทคนคสามารถใชควบคกนได การตดสนใจเลอกทจะใชเทคนคใดนน ขนอยกบลกษณะเครอขายและการเชอมตอทตองการเปนสำคญ เชน หากผใชตองการตดตอกบเครอขาย IPv6 ในขณะท ISP ของตนยงไม เปดใหบรการเชอมตอแบบ IPv6 ผ ใชสามารถลงทะเบยนกบ Tunnel broker หรอ ผทใหบรการ tunnel แบบอนตงคาใหคอมพวเตอรของตนเปน Dual stacks แตหาก ISP นนมบรการการเชอมตอกบเครอขาย IPv6 อยแลว ผใชควรเลอกวธการตดตงแบบ Dual stacks การใชงานเครอขาย IPv6 เปนลกษณะการใชงานควบคไปกบ IPv4 อยางคอยเปนคอยไปมากกวาทจะเปนการเปลยนแปลงในทนท แตหากมการปรบเปลยนเสรจสมบรณ เมอเครอขายตนทาง กลางทาง และปลายทางเปน IPv6 ทงเครอขายจะสามารถทำการสอสารโดยใชโพรโทคอล IPv6 โดยตรง หรอ

ตารางท ๖.๑ เปรยบเทยบเทคนคการปรบเปลยนจาก IPV4 ส IPV6

เทคนค การเชอมตอ ประเภท สถานทตดตง (Name) (Connectivity) (Type) (Location)

Dual stacks 6to6 over6 Manual Configured tunnel Tunnel broker 6to4 tunnel NAT-PT

ระหวาง IPv6 และ IPv6 ผาน IPv4 หรอระหวาง IPv4 และ IPv4 ผาน IPv6 ระหวาง IPv6 และ IPv6 ผาน IPv4 ระหวาง IPv6 และ IPv6 ผาน IPv4 ระหวาง IPv6 และ IPv6 ผาน IPv4 ระหวาง IPv6 และ IPv4

Dual stacks Tunnel Tunnel Tunnel Translator

ในโฮสตหรออปกรณ เครอขาย ระหวางโฮสตและ อปกรณเครอขาย ระหวางโฮสตและ อปกรณเครอขาย ระหวางโฮสตและ อปกรณเครอขาย ในอปกรณเครอขาย

เรยกวา “Native IPv6” ซงเทคนคการปรบเปลยนจาก IPV4 ส IPV6 แสดงดงตารางท ๖.๑ ๖.๑ ระบบปฏบตการ (Operating System) ทสนบสนน IPv6 ระบบปฏบตการทสนบสนนการใชงาน IPv6 (IPv6 Ready) เชน ระบบปฏบตการยนกส (UNIX) ยนกสของเอชพ (HP-UX) เอไอเอกซ (AIX) ระบบปฏบตการตระกล บเอสด (*BSD) ลนกซ (Linux) ระบบปฏบตการวนโดวส 2000 (MS Windows 2000) เอกซพ(XP) เอนท (NT) 9X Solaris ระบบปฏบตการแมคอนทอช (MAC OS) Open-VMS เปนตน สำหรบระบบปฏบตการวนโดวส (Microsoft Windows) ทสามารถใชงาน IPv6 ประกอบดวย ก) Windows 9x ม Trumpet Winsock ซงใช IPv6 ได ข) Windows 2000 ถาตดตง Service Pack 1 ขนไปแลว จะสามารถดาวนโหลด TCP/IPv6 มาลง กจะใชงาน IPv6 ได ค) Windows 2003 Windows XP และ Windows Vista


๒๕๓๗ องคกรมาตรฐานการทำงานของอนเทอรเนต (Internet Engineering Task Force: (1994) IETF) เหนชอบใหตงคณะทำงานสำหรบ Next Generation Internet Protocol หรอ IPng (ชอเดมของ IPv6) เมอวนท ๒๕กรกฎาคม และออกเอกสาร RFC 1752 “The Recommendation for the IP Next Generation Protocol” [๗]. เอกสารดง กลาวผานการเหนชอบจากInternet Engineering Steering Group (IESG) ในวนท ๑๗ พฤศจกายน และกลายเปน Proposed Standard ๒๕๓๘ หนวยงาน IETF ประกาศใหอนเทอรเนตโพรโทคอลเวอรชน ๖(IPv6 Specification) (1995) เปนมาตรฐานผาน RFC 1883 [๘] ๒๕๓๙ IETF กอตงเครอขาย 6bone เพอใชทดสอบการเชอมตอผานโพรโทคอล IPv6 (1996) ๒๕๔๓ ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต (NECTEC) เรมดำเนนการ (2000) การเชอมตอแบบ 6to4 Dual-stack Host กบเครอขาย 6bone เปนครงแรกดวยระบบ ปฏบตการ MS windowsเดอนกนยายน ๒๕๔๔ โครงการ Thailand’s IPv6 Testbed เรมดำเนนการอยางเปนทางการ เดอนตลาคม (2001) ๒๕๔๕ เครอขาย Uninet เปนเครอขายแรกในประเทศไทยท ไดรบการจดสรร IPv6 แอดเดรส (2002) จากหนวยงาน APNIC ดวยพรฟกซ 2001:3c8::/32 เมอวนท ๑๓ พฤษภาคม การสมมนา “Thailand’s IPv6 Readiness” จดขนเปนครงแรกในประเทศไทย และ เปดบรการเวบไซต http://www.IPv6.nectec.or.th เมอวนท ๑๖ พฤษภาคม บรษทอนเทอรเนตประเทศไทยไดรบการจดสรร IPv6 แอดเดรสจาก APNIC ดวย พรฟกซ 2001:c00:/32 วนท ๑๑ กรกฎาคม บรษท กสท โทรคมนาคม จำกด ไดรบการจดสรร IPv6 แอดเดรสจาก APNIC ดวย พรฟกซ 2001:c38:/32 วนท ๗ สงหาคม ๒๕๔๖ ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต (NECTEC) เปดบรการจดสรร (2003) หมายเลข IPv6 address ทไดรบจาก 6bone ใหแกบคคลทวไปโดยไมเสยคาใชจาย วนท ๒๕ มนาคม ๒๕๔๗ บรษท เอเชยอนโฟเนต จำกด ไดรบการจดสรร IPv6 แอดเดรสจาก APNIC ดวย (2004) พรฟกซ 2001:fb0:/32 วนท ๖ มกราคม บรษท ทโอท จำกด ไดรบการจดสรร IPv6 แอดเดรสจาก APNIC ดวยพรฟกซ 2001:ec0:/32 วนท ๑๕ เมษายน

๗) จดหมายเหต การลำดบเหตการณสำคญของการพฒนา IPv6 แสดงดงตารางท ๗.๑ ป พ.ศ. ลำดบเหตการณสำคญ (ค.ศ.)



ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต ไดรบการจดสรร IPv6 แอด- เดรส พรฟกซ 2001:0F00::/32 จาก APNIC วนท ๔ มถนายน จดตง Thailand IPv6 Forum ขน วนท ๑๕ ธนวาคม เพอเปนจดเชอมโยงความรวม มอระหวางหนวยงานวจย ผใหบรการอนเทอรเนต และผผลตหรอตวแทนจำหนาย ฮารดแวรและซอฟตแวรระบบเครอขาย การเชอมตอแบบ Native IPv6 ครงแรกภายในประเทศไทยระหวาง ศนยเทคโนโลย อเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต กบ บมจ. กสท โทรคมนาคม วนท ๒๒ ธนวาคม ๒๕๔๘ ทำการเชอมตอแบบ Native IPv6 ระหวางประเทศครงแรก ระหวางเครอขาย (2005) ThaiSARN กบเครอขาย JGN2 ของประเทศญปน ๒๕๔๙ Thailand IPv6 Forum จดงาน Thailand IPv6 Summit ครงแรกขนระหวางวนท ๒ (2006) ถง ๔ พฤษภาคม ทวโลกประกาศยกเลกการใหบรการเครอขายทดสอบ 6bone และยกเลก IPv6 Prefix ชด 3FFE::/16 วนท ๖ มถนายน [๙] ทำการเชอมตอแบบ Native IPv6 ระหวางเครอขาย ThaiSARN เครอขาย ThaiREN และเครอขาย TEIN2 ๒๕๕๐ Thailand IPv6 Forum ไดรบการจดทะเบยนเปนสมาคมไอพว ๖ ประเทศไทย และ (2007) กระทรวงเทคโนโลยสารสนเทศและการสอสารประกาศใชกรอบนโยบาย IPv6 เมอวนท ๑๑ เมษายน

๘) บรรณานกรม [๑] D.Waddington and F. Chang. “Realizing the Transition to IPv6,” IEEE Communications Magazine, June 2002. [๒] B. Carpenter and K. Moore, “Connection of IPv6 Domains via IPv4 Clouds,” RFC3056, February 2001 [๓] A. Durand, and Groups, “IPv6 Tunnel Broker,” RFC 3053, January 2001. [๔] G. Tsirisis and P. Srisuresh “Network Address Translation – Protocol Translation (NAT-PT),” RFC 2766, February 2000. [๕] Benoit Lourdelet, “Cisco IOS NAT-PT for IPv6,” White Paper, May 2003. [๖] P. Srisuresh and Groups, “DNS extensions to Network Address Translator (DNS_ALG),” RFC 2694, September 1999. [๗] S. Bradner, A. Mankin, “The Recommendation for the IP Next Generation Protocol,” RFC 1752, January 1995. [๘] S. Deering, R. Hinden, “Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification,” RFC 1883, December 1995. [๙] R. Fink, R. Hinden, “6bone (IPv6 Testing Address Allocation) Phaseout,” RFC 3701, March 2004.


บทท xโครงขายโทรคมนาคมยคหนา Next Generation Network: NGN ดร.ไพโรจน เตมสนธสวรรณ NEC Corporation ประเทศญปน

๑) อภธานศพท บรการโทรคมนาคม (Telecommunication Service) บรการททำใหผใชตนทางสามารถตดตอสอสารผานอปกรณสอสารเชนโทรศพทไปยงอปกรณสอสารของผใชปลายทางทอยหางไกลออกไป ในการใหบรการโทรคมนาคมนนอปกรณสอสารของผใชทงตนทางและปลายทางจะถกเชอมตอกนผานทางโครงขายโทรคมนาคม(Telecommunication Network) ของผใหบรการโทรคมนาคมอยางเชนในกรณของโทรศพท กจะถกเชอมตอผานโครงขายโทรศพทของทโอทเปนตน โครงขายโทรคมนาคมมหลายประเภทขนกบประเภทของบรการและอปกรณสอสารของผใช โครงขายโทรศพทพนฐาน (Basic Telephone Network) โครงขายของผใหบรการโทรศพทพนฐานเพอตอโทรศพทบานของผใชไปยงอปกรณสอสารของผใชปลายทาง บรการหลกของโครงขายนจะใชเพอการพดคยซงจะเปนการรบสงสญญาณเสยงระหวางผใชตนทางกบปลายทาง โครงขายขอมล (Data Communication Network) โครงขายของผใหบรการรบสงขอมลเพอตออปกรณในการรบสงขอมลเชนเครองคอมพวเตอรประจำบานหรอสำนกงานของผใชไปยงอปกรณในการรบสงขอมลของปลายทาง บรการหลกของโครงขายนเปนการรบสงขอมลระหวางผใชตนทางกบปลายทางเชน อนเทอรเนตเพอคนหาขอมลขาวสาร หรอการสงวด โอคลปไปเกบไวบนอนเทอร เนต เปนตน

สญญานควบคม (Signaling) มาตราฐานสญญานท ถ ก ใช ในการตดตอระหวางกนของโครงขายโทรศพทหรอชมสายโทรศพท โดยในรายละเอยดจะมการแลกเปลยนขาวสารทมขอมลทจำเปนในการตดตอสอสารเชนเบอรโทรศพทตนทาง ปลายทาง มลตคาสต (Multicast) ร ปแบบการส ง ข อม ลท เ จ าะจงกล ม ผ ร บ สามารถสงขอมลเพยงครงเดยวไปยงผรบหลายรายทสงกดอยในกลม โพรโตคอลซป (Protocol SIP) โพรโตคอลทใชงานสำหรบไอพเทเลโฟน (IP Telephony) เปนโพรโตคอลไคลเอนต-เซรฟเวอร ในชนแอพพลเคชน สงขอมลในรปของตวอกษร ผใหบรการเสรม (Application Service Provider) ผใหบรการดานสารสนเทศประยกต เชนการใหบรการเชาใชซอฟตแวร ผใหบรการอนเตอรเนต (Internet Service Provider) ผใหบรการตดตอเขาอนเตอรเนต เพอใหผใชบรการสามารถตอเขาอนเตอรเนตได คณภาพบรการ (Quality Of Service) คณภาพในการตดตอสอสารดวยการขนสงขอมลเปนแพกเกจ โดยจะวดจากความลาชาในการสงขอมลจากตนทางไปปลายทาง หรออตราสวนขอมลทสญหายไประหวางขนสงเปนตน


๒) บทคดยอ การทโครงขายโทรคมนาคมพนฐาน เชนระบบโทรศพทมการเปลยนแปลงไปมาก ทงชนดและรปแบบบรการ จากเดมทมเพยงเฉพาะบรการดานเสยงสำหรบโทรศพทบาน ตอมามบรการชนดใหม เชน อนเทอรเนตความเรวสง โทรศพทเคลอนท เปนตน อปสรรคทเกดขนคอ โครงขายโทรคมนาคมตางๆดงกลาว ถกแยกออกจากกนโดยสนเชงตามชนดของบรการ เชน โครงขายโทรศพทพนฐานสำหรบโทรศพทบาน โครงขายขอมลสำหรบอนเทอรเนตความเรวสง โครงขายโทรศพทเคลอนท เปนตน ดงนน “โครงขายโทรคมนาคมยคหนา” จงกำเนดขนเพอใหสามารถรองรบบรการโทรคมนาคมทกประเภทรวมทงบรการใหมๆทจะเกดขนตอไป ดวยการรวมทกโครงขายโทรคมนาคมเขาดวยกนภายใตโครงขายไอพทมการรบสงขอมลแบบกลมขอมลหรอแพกเกจ Abstract As telecommunication networks such as basic telephone, keeps changing dramatically both in type and form of services. At the beginning, there was only voice communication via home telephone. After that, there were new types of service, such as high speed internet, mobile phone. Obstacle which occurs is that each telecommunication network is working separately, according to type of services. For instance, there are basic telephone network for home telephone, data network for high speed internet, mobile networks for mobile phone. Next Generation Network (NGN) had been invented in order to support all types of these telecommunication systems, including incoming new services, by doing convergence of all networks into unified IP (Internet Protocol) network which sends/receives data in the packet form.

๓) บทนำ ๓.๑ ทมาของโครงขายโทรคมนาคมยคหนา จากโครงสรางของโครงขายบรการโทรคมนาคมแบบแยกสวนดงรปท ๓.๑ โดยมโครงขายโทร คมนาคมหลายชนดตามประเภทเครองของผใชและบรการ เชน สำหรบบรการโทรศพทพนฐาน บรการรบสงขอมลตางๆรวมถงการตอเขาอนเทอรเนต กมโครงขายขอมลของผใหบรการหรอไอเอสพ (Internet Service Provider: ISP) ประเภทตางๆรองรบอย สวนการตดตอสอสารผานโทรศพทเคลอนท มโครงขายโทรศพทเคลอนทท งในยคท๒ เชน จ เอส เอม(GSM) จพอาเอส(GPRS) เอจ(EDGE) และยคท๓ เชน เอชเอสพเอ(HSPA) ซดเอมเอ (CDMA 2000) อวดโอ (EVDO) ของผใหบรการ โครงขายประเภทตางๆเหลานจะมโครงสรางแบบแนวตงหมายถงแตละโครงขายจะมทงโครงสรางและบรการ

แยกกนเปนเอกเทศ ดงนนบรการตางๆ (รวมถงบรการเสรมดงทตวอยางในรปท๓.๑) บนแตละโครงขายจงไมสามารถใชรวมกนได ผลทตามมาสำหรบ ผใชกคอ ตองมการสมครบรการสำหรบโครงขายแตละประเภทแยกกนไป จงทำใหผใชรายเดยว ตองมทงหมายเลขโทรศพทบาน หมายเลขโทรศพทเคลอนท และชอผใชสำหรบตอเขาอนเทอรเนต (User Name) อกทงบรการเสรมกตองสมครใชแยกกนโดยสนเชง นอกจากน ผใหบรการโทรคมนาคมตางๆกตองเผชญกบความเปลยนแปลงตอเนอง เนองจากตลาดโทรศพทพนฐานซงเปนธรกจหลกไดลดขนาดลง ตอเนอง ตลาดททำรายไดทมากขนเชน โทรศพทเคลอนทกเขาสจดอมตวตอไป นอกจากนนการ


เปลยนแปลงประเภทของการสอสารหลกจากการพดคยหรอบรการทางเสยง (Voice Service) ทเกบคาบรการเปนเวลา มาเปนการรบสงขอมลทเกบเปนคาบรการรปแบบตางๆ ทำใหการแขงขนสงขน ผใหบรการโทรคมนาคมมความจำเปนทตองปรบตวหาโครงขายโทรคมนาคมทสามารถรบกบสถานการณตลาดทเปลยนไปนน ซงกคอการรวมโครงขายตางๆเขาดวยกนเปนโครงขายเอนจเอน (NGN) ดงรปท ๓.๒ ๓.๒ ขอดของโครงขายโทรคมนาคมยคหนา จากทมาดงกลาว องคกรโทรคมนาคมระหวางประเทศ(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization sector: ITU-T) รวมถงสถาบนมาตรฐานโทรคมนาคมแหงสหภาพยโรป (European Telecommunications Standards Institute: ETSI) ซงมโครงการชอวา TISPAN (Telecoms & Internet converged Services & Protocols for Advanced Network)

รปท ๓.๑ โครงขายโทรคมนาคมประเภทตางๆแบบแยกสวน (โครงสรางแบบแนวตง แตละโครงขายบรการไมเกยวของกน)

ทำงานดานโครงขายโทรคมนาคมยคหนาและกำหนดเปนมาตรฐานเดยวกนทวโลก ภาพรวมโครงขายโทรคมนาคมยคหนา แสดงดงรปท ๓.๒ โดยมจดเดนและขอดตอผใชดงตอไปน ก) โครงสรางของโครงขายจะเปลยนไปจากเดมทแยกตามบรการแตละประเภท เปนโครงขายหลกเดยวสำหรบบรการทกประเภท ทงบรการโทรศพทบาน บรการตอเขาโครงขายอนเทอรเนต หรอแมแตบรการตดตอสอสารจากโทรศพทเคลอนท โดยขอมลจะถกขนสงโดยใชโครงขายไอพเปนหลก ซงขอมลทกชนดจะถกรบส ง เปนกล มขอมลหรอแพกเกจ (Packet) ข) โครงขายเอนจเอน (NGN) จะมการแบงชนทำหนาทตางๆกนอยางชดเจนเปนโครงสรางแบบแบงเปนชน (Hierarchical) ททำหนาทขนสงขอมลของผใชไมวาจะเปนเสยง ภาพ หรอขอมลตางๆ ทใชตดตอสอสารระหวางกน เรยกวาชนทำหนาทขนสง (Transport Stratum) ชนทอยเหนอชนทำหนาท


ขนสง เรยกวาชนควบคมบรการ (Service Stratum) ทำหนาทควบคมบรการตางๆทผใชตองการใชงานเชน ไอพเทเลโฟน (IP Telephony) หรอโทรศพทผานเครอขายไอพ รวมถงการควบคมคณภาพของบรการ (Quality of Service) และความปลอดภย (Security) ดวย ค) จดเชอมตอตางๆ (ระหวางชนภายในโครงขาย ระหวางโครงขายกบผใช หรอระหวางโครงขายกบโครงขายอน) เปนจดเชอมตอดวยมาตรฐานเปดทถกกำหนดไวชดเจน ทำใหการเชอมตอและทำงานรวมกนไมมปญหา ขอดของโครงขายเอนจเอน (NGN) จากจดเดนดงกลาวน ประการแรกคอ บรการทกประเภทมอยบนโครงขายเดยวกนและมการตอเชอมกนอยาง ตอเนอง บรการทรวมทงบรการโทรศพทพนฐาน โทรศพทเคลอนท การสอสารขอมล และบรการการกระจายสญญาณ (Broadcast) เขาดวยกนโดยไมตองแยกเบอรโทรศพทผใชหรอชอผใชตามประเภทโครงขายเหมอนเดม นอกจากนเนองจากขอมลถก

ขนสงเปนแบบใชไอพทงหมดจงสามารถมบรการใหมๆ เชน ผใชทบานสามารถพดคยโทรศพทแบบเหนหนาไดขณะสนทนาหรอโทรศพทภาพ สามารถเลอกชมรายการวดโอตางๆไดเมอตองการ เชน บรษทนปปอนเทเลโฟนแอนดเทเลกราฟ (Nippon Telephone & Telegraph: NTT) ซงเปนผใหบรการโทรคมนาคมขนาดใหญของประเทศญปน ไดทดลองใชบรการ ของโครงขายเอนจเอน (NGN) ตงแตปลายปพ.ศ. ๒๕๔๙ และเปดบรการจรงตน ป พ.ศ. ๒๕๕๑ ขอดถดมาคอ จากการทมจดเชอมตอดวยมาตรฐานเปด ผใหบรการโทรคมนาคมสามารถเปดโครงขายเอนจเอน (NGN) ใหผสรางบรการเสรมหรอเอเอสพ (Application Service Provider: ASP) ตางๆ มาแขงขนกนสรางบรการใหมๆ บนโครงขายใหกบผ ใชบรการไดสะดวกขนโดยผ ใหบรการโครงขายไมตองลงทนทำเองทงหมด ดงนน ผใชจะมบรการประเภทตางๆ ใหเลอกใชไดมากขนดวยราคาทเหมาะสมตอไป

รปท ๓.๒ โครงขายโทรคมนาคมยคหนา (โครงขายหลกเดยวสำหรบทกประเภทบรการ)


๔) โ ค ร ง ส ร า ง ข อ ง โ ค ร ง ข า ย โทรคมนาคมยคหนา ๔.๑ ภาพรวมโครงสรางพนฐานของโครงขายเอนจเอน (NGN) โครงขายเอนจเอน (NGN) ไดถกออกแบบใหมโครงสรางพนฐานดงแสดงในรปท๔.๑ โครงสรางของเอนจเอน (NGN) มการแยกชนหนาทในการควบคมบรการ ททำหนาทจดการสญญาณควบคม (Sig naling) บรการตางๆ ออกจากชนหนาทขนสงททำหนาทขนสงแพกเกจ (Packet) หรอกลมขอมลจรงๆในการตดตอสอสาร ในชนททำหนาทขนสงจะใชโครงขายไอพเปนฐานเนองจากตองการคงคณสมบตตนทนทตำและความสามารถแยกการประยกต หรอบรการรปแบบตางๆเปนอสระได ในขณะเดยวกน ขอดในเรองความเชอถอไดสง (High Reliability) และความมคณภาพสง (High Quality) ของโทรศพทพนฐานกถกนำมารวมไว โดยมการทำการพสจนต วตน (Authenticat ion) ของวงจรทตอเขาโครงขาย (Access circuit) ซงไมมในอนเทอรเนตยคแรก พรอมทงเทคโนโลยควบคมคณภาพการสอสาร (Quality of Service Control: QoS Control)

ชนควบคมบรการ ซงเปนแกนหลกของโครงขายเอนจเอน (NGN) จะทำหนาทควบคมการตดตอสอสาร (Session management) ควบคมตำแหนง และควบคมการคดคาบรการ เทคโนโลยหลกใชมาตรฐานสอประสมไอพ ( IP Mult imedia Subsystem: IMS, สำหรบรายละเอยดของมาตราฐานดงกลาวสามารถคนควาเพมเตมจากบรรณาน กรม[๓] ) ควบคมการตดตอสอสารทำใหฝงโครงขายสามารถทราบไดวา ผใชบรการใดกำลงตดตอกนอยไดชดเจน (ความสามารถในการจดการสญญาณหรอ Signaling มอยในโครงขายโทรศพท แตไมมในอนเทอรเนตแตเดม จนมการนำโพรโตคอลซป (Session Initiation Protocol: SIP) มาใชและมการปรบปรงและเพมขดความสามารถของโพรโตคอลซป (SIP) ใหเปนเวอรชนหรอรปแบบทเหมาะกบโครงขายโทรศพทเคลอนท ไว ในมาตรฐาน IMS ขางตน)นอกจากนนขอดของโครงขายโทรศพทเคลอนทในสวนของความสามารถในการเคลอนท (Mobility) กถกรวมไวดวยเชนกน โดยใช เทคโนโลยการสนบสนนการเคลอนท (Mobility support) สำหรบรายละเอยดของมาตราฐานสามารถคนควาเพมเตมจากบรรณานกรม [๑] และ [๒]

รปท ๔.๑ ภาพรวมโครงสรางพนฐานของโครงขายเอนจเอน (NGN)


๔.๒ โครงสรางของมาตรฐานระหวางประเทศ มาตรฐานระหวางประเทศตางๆไดมการกำหนดแบบจำลองโครงสรางของเอนจเอน (NGN) ไวดงในรปท๔.๒ ไดมการนยามจดเชอมตอ (Interface) ไวสามชนดคอ จดเชอมตอกบผใชบรการ (User Network Interface: UNI) จดเชอมตอกบผใหบรการหรอแอพพลเคชน (Application Network Interface: ANI) และจดเชอมตอกบโครงขายอนๆ (Network to Network Interface: NNI) ผใชบรการ (End user) ทำการตดตอสอสารโดยเรมแรก ขอมลดานการควบคมหรอ Signaling จะถกสงมายงสวนควบคมบรการ (Service Control Function) ในชน Service Stratum ซงจะประสานกบสวนควบคมการขนสง (Transport Control Function) ในชน Transport Stratum เพอทำการตรวจสอบวาเปนผใชจรงมไดแอบอางมา (Authen

รปท ๔.๒ แบบจำลองโครงสรางของโครงขายเอนจเอน (NGN) ตามมาตรฐานระหวางประเทศและจดเชอมตอกบ ผใชบรการ ผใหบรการและโครงขายอนๆ

tication) หลงจากนนจะทำการคนหาผใชบรการปลายทาง จากนนจะทำการเตรยมคณสมบตในการขนสงเชน ควบคมคณภาพการขนสงขอมล และเรมทำการสอสารโดยการขนสงขอมลมลตมเดยหรอสอประสม ทผใชบรการตองการสงไปยงปลายทางผานชน Transport stratum ในรปของกลมไอพ (IP packet) ดวยเหตนโครงขายเอนจเอน (NGN) จงสามารถใหบรการขนสงของกลมไอพ (IP packet) ทปลอดภย (secure) และมการควบคมคณภาพจากตนทางไปปลายทางได

๕) ก า ร ป ร ะ ย ก ต ใ ช ง า น แ ล ะ ความแตกตางจากบรการบนโครงขายอนเทอรเนต โครงขายโทรคมนาคมยคหนาจะเปนโครงขาย


หลกเดยวสำหรบบรการทกประเภท โดยขอมลจะถกขนสงโดยใชโครงขายไอพเปนหลก และเนองจากโครงขายเดมมการใชอนเทอรเนตเปนโครงขายทขนสงขอมลเปนไอพ ดงนนจงมความแตกตางระหวางโครงขายไอพปกตกบโครงขาย เอนจเอน (NGN) ดงน ๕.๑ ลกษณะการใชงานบรการบนโครงขายอน เทอรเนตปกต อนเทอรเนตเปนโครงขายไอพทตดตอกนไดทวโลก โดยประกอบกนขนจากการเชอมตอกนของโครงขายผใหบรการอนเทอรเนตหรอไอเอสพ (Internet Service Provider: ISP) ตางๆ ผใชสามารถเขาส อนเทอรเนตโดยผานทางไอเอสพ ทตนเองเปนสมาชกอย บรการแอพพลเคชนใดกตามทสามารถทำงานไดบนโพรโตคอลไอพ สามารถนำมาตดตอสอสารผานอนเทอรเนตได ดงรปท ๕.๑ โดยพนฐานแลวอนเทอรเนตจะทำหนาทเพยงหาทางทจะสงผานขอมล (ทถกขนสงในรปของกลมไอพ) ไปถงปลายทาง โดยไมมการประกนคณภาพบรการการตดตอสอสาร (เชนเรองของการหนวงหรอความลาชา (Delay) การสญหายของกลมขอมล (Packet Loss) หรอตวแปรอนๆทกำหนดไวในมาตรฐานระหวางประเทศ เปนตน) จากตนทางถงปลายทางหรอทเรยกวา End-to-End QoS (Quality of Service) แตอยางไรกตาม ดวยเหตผลดงกลาว โพรโตคอลท

รปท ๕.๑ การตดตอสอสารผานโครงขายอนเทอรเนต

จำเปนเชน การจดเสนทาง (Routing Protocol) สำหรบแลกเปลยนขอมลเกยวกบเสนทางระหวาง Routers เพยงพอทจะทำใหอนเทอรเนตลกษณะปกตเดมนทำงานได ๕.๒ ลกษณะการใชงานบรการบนโครงขายโทรคมนาคมยคหนา โครงสรางของโครงขายเอนจเอน (NGN) จะคลายกบโครงขายโทรศพท ผใหบรการโทรคมนาคมแตละรายจะมโครงขายเอนจเอน (NGN) เปนของตนเองและจะมาตอเชอมกน เพอสามารถใหบรการตดตอกนไดทวโลกเชนกน แตบรการทสามารถนำมาตดตอสอสารผานโครงขายเอนจเอน (NGN) จะตองเปนบรการทผใหบรการโทรคมนาคมอนญาตเทานน นอกจากนการตดตอสอสารผานโครงขายเอนจเอน (NGN) จะมลกษณะเฉพาะอกหลายประการดงรปท๕.๒ ก) สามารถประกนคณภาพบรการโดยผใหบรการโทรคมนาคม ผใชบรการทตองการแบนดวดทกวางหรอความเรวสงในการตดตอเชน โทรศพทภาพหรอ บรการดรายการภาพยนตรเมอตองการ (Video on Demand) ทมความละเอยดคมชดของภาพสง (High Definition: HD) สามารถรบสงขอมลไดโดยไมมผลกระทบจากความลาชาหรอสญหายทคาดไมถง ผลคอผ ใชสามารถพดคยเหนหนา หรอชมรายการไดโดยไมมกรณภาพเลอะ เบลอ หรออาจจะ


หยดเปนชวงๆ (เชน กรณทการชมวดโอคลปขนาดใหญบนอนเทอรเนตประสบปญหาภาพเลอะหรอกระตกเปนชวงๆ โดยเฉพาะชวงเวลาทมผใชบรการมาก) เพอการประกนคณภาพนนอกจากจะตองการโพรโตคอลจดเสนทาง (Routing Protocol) สำหรบขนสงแพคเกจแลว ยงตองการโพรโตคอลเชน ซป (SIP) ไวใชในการควบคมดงกลาวดวย ข) สามารถเปดโครงขายใหมการพฒนาบรการใหมๆ ไดมากขนและเรวขน จากการทมจดเชอม ตอดวยมาตรฐานเปด ผ ใหบรการโทรคมนาคมสามารถเปดโครงขายเอนจเอน (NGN) พรอมดวยฟงกชนหรอหนาทๆ จำเปนใหผสรางบรการหรอ แอพพลเคชน (ASP) ตางๆ มาแขงขนกนสรางบรการใหมๆ วงบนโครงขายใหกบผใชบรการไดสะดวกขน ผใชจะไดมบรการประเภทตางๆใหเลอกใชไดมากขนเชน บรการเรยกดสารคดหรอรายการบนเทงตางประเทศ โดยอาศยฟงกชนการสอสารแบบมลตแคสหรอกระจายขอมลจากจดหนงไปหลายจดพรอมกน ของโครงขาย (Multicast) ค) ความสามารถทางดานตรวจสอบความ

ปลอดภย (Securi ty) และการพสจนตวตน (Authori zation) ทสามารถตรวจสอบผใชทจะเขามาในโครงขายและใชบรการ ง) มความนาเชอถอสง เนองจากโครงขาย เอนจเอน (NGN) ถกสรางขนมาเพอเปนตวแทนของโครงขายโทรคมนาคมหลกเชนโทรศพทพนฐานหรอโทรศพทเคลอนท เอนจเอน (NGN) จงมความสามารถทจะควบคมเมอมปรมาณการตดตอหรอรบสงขอมล (Traffic) มากผดปกตเชนกรณมการตดตอกนมากๆ ในชวงหลงเกดภยธรรมชาตหรอไฟไหม ทงนเพอไมใหโครงขายเกดการแออด (Congestion) ขนจนทงระบบไมสามารถทำงานตอได อกทงตวระบบยงตองมการออกแบบวงจรและอปกรณเผอไวเกน (Redundancy) เพอทวาหากมวงจรหรอสวนใดสวนหนงเสยหายกระทนหน โครงขายจะสามารถเปลยนไปใชวงจรหรอสวนทเผอไวไดทนทโดยไมมการหยดชะงกของบรการ (Service Interruption) เกนกวาทกำหนดไวเชน บรการหยดชะงกไดรวมทงหมดไมเกน ๒ ชวโมงในระยะเวลา ๒๐ ปเปนตน

รปท ๕.๒ การตดตอสอสารผานโครงขายโทรคมนาคมยคหนา (NGN)


๖) จดหมายเหตของโครงขายโทรคมนาคมยคหนา องคกรโทรคมนาคมระหวางประเทศ (Inter national Telecommunication Union Telecom munication Standardization sector: ITU-T) เปนองคกรระหวางประเทศภายใตสหประชาชาตทกำหนดมาตรฐานเกยวกบการสอสาร ดงแสดงในตารางท ๖.๑ ซงแสดงเหตการณทเกยวของกบโครงขายเอนจเอน (NGN)

ป พ.ศ.

ลำดบเหตการณสำคญ (ค. ศ.) ๒๕๔๖ - องคกรโทรคมนาคมระหวางประเทศ (International Telecommu (2003) nication Union Telecommunication Standardization sector: ITU-T) เรมกำหนดมาตรฐานของเอนจเอน (NGN) ๒๕๔๗ - องคกรโทรคมนาคมระหวางประเทศ(ITU-T) ออก Recommendations (2004) สองฉบบคอ Y2001 (NGN definition and overview) และ Y2011 (Principles and Reference Model) ซงใชเปนรากฐานในการกำหนด มาตรฐานของเอนจเอน (NGN)

ตารางท ๖.๑ การนำเสนอลำดบเหตการณสำคญ

๗) บรรณานกรม [๑] General Overview of NGN, ITU-T, Telecommunication Standardization sector of ITU, Y.2001, 2004. [๒] General principles and general reference model for Next Generation Networks, ITU-T, Telecommunication Standardization sector of ITU, Y.2011, 2004. [๓] IMS for Next Generation Networks, ITU-T, Telecommunication Standardization sector of ITU, Y.2021, 2006.

ชุด ข 1 144

Documents