Связь сокращает расстояния!


Мобильная связь сегодня: Технологии и стандарты / Хакер-Спец
Тема: Технологии Дата:  5.8.05

Как часто на улице или в метро ты видишь людей с мобильными или КПК? Наверное, нам всем проще сказать, как часто мы их не видим. Если раньше мобильный телефон, а тем более КПК, были доступны единицам, то теперь мир наводнен ими. Появились новые возможности, новые услуги, стандарты, протоколы и т.д.

30-го апреля 1895 года была изобретена беспроводная связь, ее создателем был русский физик Александр Попов. Первая полноценная радиотрансляция была проведена в 1906 году, а всего лишь через 85 лет в 1991 году в Скандинавии появилась первая коммерческая GSM-сеть.

Современные технологии и стандарты мобильной связи

GSM

GSM (Global System for Mobile Communication) – самый распространенный в Европе стандарт связи. Его разработку начала одноименная группа GSM (Group Special Mobile), функции которой впоследствии были переданы Европейскому институту телекоммуникационных стандартов. Первая спецификация стандарта была выпущена в 1990 году.

GSM – цифровая система, кодирование в которой происходит по алгоритму RPE-LPC (Regular Pulse Excited – Linear Predictive Coder). В этом стандарте впервые появилась возможность использовать любимый всеми сервис SMS, также конференц-связь, ожидание и переадресация вызова, факсовая связь, АОН и международный роуминг. Предоставляется возможность передачи данных на скорости 9,6 Кбит/с. Тарификация идет не по количеству переданных данных, а по времени, за которое передаются эти данные.

Архитектура сети GSM состоит из трех частей: мобильного телефона, базовой станции (проще говоря, соты) и центра коммуникаций. Базовая станция обеспечивает связь между мобильным телефоном и центром коммуникаций. Но из-за выделения канала на каждый сеанс связи возможности технологии довольно ограничены.

CDMA

CDMA - очень перспективный стандарт, позволяющий выполнить переход на технологии следующего поколения с минимальными финансовыми потерями. Изначально он разрабатывался и использовался военными ведомствами США и СССР. Соответственно, у этого стандарта хорошо развита система безопасности: военные в таких державах не стали бы пользоваться слабо защищенными технологиями.

CDMA отличается от стандарта GSM большей пропускной способностью. Здесь информация передается от базовой станции на все имеющиеся мобильные, но каждая трубка понимает только то, что предназначено ей. В GSM же несколько абонентов если и смогут поговорить на одном канале, то не одновременно.

WAP

WAP (Wireless Application Protocol) – технология доступа в интернет с мобильных устройств. Технология основана на языке WML (Wireless Markup Language) - что-то наподобие HTTP, только для мобильных телефонов.

Протокол WAP использует архитектуру "клиент-сервер" (про нее можно почитать в мартовском номере "Спеца"), что предполагает наличие гейта или шлюза, включенного в мобильную сеть, который выполнял бы преобразование страничек для их просмотра на мобильном устройстве и преобразовывал запросы мобильного в протокол TCP.

WAP использует двоичный формат данных, что позволяет сжимать все пакеты. Протокол был специально оптимизирован для мобильных устройств с низкой пропускной способностью каналов и большими периодами ожидания. Этот протокол сейчас поддерживают практически все телефоны. Консорциум WAP Forum разрабатывает технологии хранения данных, авторизационные системы, протоколы транспортного уровня и все в этом духе.

GPRS

GPRS (General Packet Radio Service - пакетная передача данных по радиоканалу) – еще одна технология доступа в интернет с мобильных устройств. Выгодно отличается от WAP и передачи данных в GSM.

В GPRS используется не повременная тарификация, здесь нет необходимости постоянно сидеть на линии. Оплата - только за трафик, за что отдельная благодарность пакетной передаче данных, занявшей место голосового трафика. Теперь не нужно постоянно быть на линии: пакеты передаются по многим каналам в перерывах между речью.

Теоретически максимальная скорость доступа – 171,2 Кбит/с. На практике же достигается скорость не более 30 Кбит/c. Голосовой трафик имеет больший приоритет над данными, поэтому скорость напрямую зависит от загрузки сети.

Через GPRS можно отправлять сообщения SMS и MMS, сидеть в интернете по протоколу WAP. Развлекайся сколько душе угодно, но учитывай один существенный минус – маленькую скорость. На смену GPRS потихоньку приходит технология EDGE, но о ней ниже.

Bluetooth

Bluetooth – технология беспроводной передачи данных на небольшие расстояния (до десяти метров плюс возможность увеличения до одного километра). Технология позволяет соединять различные устройства, причем не требуется, чтобы они были в прямой видимости друг от друга.

Структура устройства Bluetooth

Почему такое название - "Голубой зуб"? Технология получила была названа прозвищем датского короля Гарольда (Harold Bluetooth, который в X веке объединил Данию и Норвегию). То же самое призвана творить Bluetooth с различными устройствами. Разработку технологии начала компания Ericsson еще в 1994 году. В феврале 1998 года была создана группа Bluetooth SIG (Special Interest Group). В ее задачу входит разработка и продвижение технологии. Сейчас в состав группы входит более 3000 компаний, среди них такие гиганты, как 3Com, Motorola, Compaq, Dell, Intel, IBM, Toshiba, Nokia и т.д.

Протокол поддерживает соединения "точка-точка" и "точка-многоточка". Два или более устройства, использующие один канал, образуют пикосеть (piconet). Одно устройство – основное, а остальные – подчиненные. В одной пикосети может быть до семи активных устройств, остальные находятся в стадии парковки. Устройство, являющееся основным в одной пикосети, может с легкостью быть подчиненным в другой. Различные пикосети, работающие вместе, образуют "распределенную сеть" (scatternet).

Возможное построение сети на основе Bluetooth

Очень важно, чтобы пикосети, входящие в распределенную сеть, работали на разных частотах, иначе может получиться то, что словом не опишешь.

Теперь немного углубимся в технические параметры технологии. Bluetooth передает данные пакетами. Структуру пакета можно посмотреть на приведенной схеме.

Структура пакета Bluetooth

Стандартный пакет состоит из кода доступа, заголовка и информационного поля. Код доступа идентифицирует пакеты, относящиеся к одной пикосети, а также используется для синхронизации. Он состоит из преамбулы, синхрослова и концевика. Дальше идет заголовок, который используется для управления связью и состоит из адреса активного элемента, кода типа данных, данных для управления потоком данных, подтверждения правильного приема (ARQ), бита для определения последовательности (SEQN) и контрольной суммы (HEC).

Bluetooth - очень перспективная технология, которая позволяет объединять любые устройства от компьютера до стиральной машинки (при наличии соответствующих возможностей техники, конечно).

Цифровая камера Sony, оснащенная Bluetooth

Беспроводные телефонные трубки с Bluetooth

Концентратор доступа и точка доступа для сети Bluetooth

Практически все современные мобильные устройства поддерживают этот стандарт, а если не поддерживают, то всегда смогут прийти на помощь множество имеющихся на рынке адаптеров Bluetooth.

PC-карта Bluetooth от 3Com

Комплект беспроводной печати

Wi-Fi

Wi-Fi (Wireless Fidelity) – это ряд протоколов беспроводной передачи данных. Изначально он создавался как альтернатива офисным кабельным сетям. Конечно же, Wi-Fi лучше, чем связь по километрам проложенного кабеля, плюс это чудо предоставляет возможность перемещать компьютер в любое место в офисе.

Структуры построения сетки Wi-Fi

В связи с распространением ноутбуков и КПК технологию Wi-Fi стали использовать в hot-spot’ах (точках беспроводного доступа в интернет). Очень удобно, например, если в дороге нужно посмотреть какую-либо информацию в интернете или отправить e-mail. Самым популярным протоколом Wi-Fi считается 802.11b с максимальной скоростью работы 11 Мбит/с. Еще существуют 802.11a и 802.11g, которые позволяют работать с информацией на скорости 54 Мбит/с. Разработчики нового стандарта 802.11n обещают увеличение скорости до 320 Мбит/c.

Из-за выхода технологии Centrino беспроводной доступ через Wi-Fi станет еще популярнее, так как его поддержка уже будет встраиваться в компьютеры. А если чей-то ноутбук не поддерживает эту технологию, ему не стоит расстраиваться, так как существуют специальные адаптеры, которые без проблем можно подключить к нему.

КПК HP iPAQ h5550 с поддержкой Wi-Fi

PCMCIA-адаптер от Nokia с поддержкой GPRS и Wi-Fi

Беспроводной адаптер D-Link, работающий с тремя протоколами 802.11abg

Технологии и стандарты мобильной связи завтрашнего дня

EDGE – это GPRS завтрашнего дня

В отличие от GPRS, в технологии EDGE применяется спектрально-эффективная модуляция и адаптивная настройка канала в зависимости от требований и реальной помеховой обстановки. EDGE-системы используют спектр в три раза эффективнее, чем GPRS-сети.

EDGE - очень хорошая технология для тех компаний, которые не имеют лицензии на работу с системами третьего поколения. EDGE поможет сохранить конкурентоспособность фирмы на рынке! Для компаний-операторов также важен тот факт, что EDGE – это надстройка над GSM-сетью. Другими словами, для ее запуска в работу не будет необходимости изменять всю аппаратуру.

Средняя скорость передачи данных в EDGE теоретически может достигать 384 Кбит/с. На практике же она находится на отметке 144 Кбит/с. В июле 2004 года венгерский оператор связи T-Mobile установил мировой рекорд скорости передачи данных – 235,6 Кбит/c. Конечно, с увеличением количества пользователей скорость будет снижаться, но в любом случае она будет выше, чем в стандарте CDMA2000 1x и тем более в GPRS-сетях.

Скорости передачи данных в различных технологиях

Кроме увеличения скоростей доступа, EDGE также обеспечивает пользователям очень хорошее качество связи. Большинство современных трубок уже поддерживают EDGE. Многие провайдеры CDMA переходят на GSM-системы именно из-за технологии EDGE.

SIP

SIP (Session Initiation Protocol) – протокол инициирования сеансов. Прикладной протокол, предназначенный для организации, изменения и завершения сеансов связи. С ним связывают будущее IP-телефонии. Эксперты считают, что SIP лучше согласуется с понятием IP-телефонии как массового IP-сервиса, чем протокол H.323.

Протокол SIP в TCP-стеке

Сейчас масса программного обеспечения и аппаратуры уже поддерживает протокол SIP. Ассоциация разработчиков мобильных сетей третьего поколение "3GPP-консорциум" решила, что SIP будет голосовым протоколом в этих сетях.

Очень важен тот факт, что SIP не является протоколом для передачи голосовых данных. Уже название "SIP" говорит о том, что протокол обеспечивает создание и контроль соединения и не привязан к передаче данных. За передачу данных отвечает протокол SDP (Session Description Protocol - протокол описания сеанса), который работает на пару с протоколом SIP и позволяет передавать данные внутри SIP-сеанса, не исключая использование основной функции - разговора.

Протокол SIP был разработан группой MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) комитета IETF (Internet Engineering Task Force). В основу протокола были заложены следующие принципы: персональная мобильность пользователей, масштабируемость сети и расширяемость протокола.

PTT/PoC

PTT (Push to talk) – технология получения связи с абонентами посредством нажатия одной кнопки. Ее полное название - Push To Talk over Cellular (PoC). У этой технологии есть большие преимущества по сравнению с обычной конференц-связью. Во-первых, нет ограничения на количество разговаривающих до пяти человек: одновременно можно общаться с любым количеством собеседников. Во-вторых, в PTT гораздо более быстрый набор номеров абонентов – осуществляется нажатием одной кнопки.

Очень важно, что в технологии PTT используется полудуплексное соединение, то есть голосовой трафик может идти только в одну сторону, в то время как в обычных конференциях можно и говорить, и слушать. Можно начать разговор нажав кнопку, а отпустив ее, можно услышать ответ. Совсем как в обычной рации.

Данные передаются пакетами, для чего используются или специальные каналы, созданные оператором, или стандарты GPRS, CDMA 2000, CDMA 1X, UMTS, или сети 802.11. Также существует возможность отправлять SMS-сообщения любому количеству абонентов одновременно.

Технология очень перспективная: хороша для бизнеса, курьерских фирм, фирм по услугам грузоперевозок и т.д. Однако пока в нашей стране операторы с опаской относятся к этой технологии и не спешат внедрять ее в коммерческое использование.

Новая трубка Siemens C70 с поддержкой PTT

UMTS

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) - универсальная система мобильной связи третьего поколения. Это высокоскоростной стандарт мобильного доступа к данным, который позволяет передавать данные на скорости до 2 Мбит/с. Так как базой для стандарта UMTS послужила архитектура VHE (Virtual home environment), он максимально услужлив по отношению к пользователю. Исходя из VHE, абонент должен иметь возможность получать услуги в любом месте, независимо от оператора сотовой связи, к которому он привязан, или своего оборудования. Также абоненты могут спокойно смотреть потоковое видео, слушать MP3-музыку и т.д.

При разработке стандарта были задействованы концепции технологии GSM, а также CT2 (Cordless Telephone 2), DECT (Digital European Cordless Telecommunications) и ERMES (Eurupean Radio Message System).

Схема архитектуры UMTS

MSCP (Mobile SCP) - узел управления услугами подвижной связи
MSDP (Mobile SDP) - узел поддержки данных услуг подвижной связи
MT (Mobile Terminal) - мобильный терминал пользователя (мобильный телефон, КПК, смартфон и т.д.)
BSS (Base Station System) - базовая станция
SS7 – система сигнализации

Два последних элемента являются аналогами соответствующих элементов GSM.

Важно, что UMTS может работать отчасти в сетях и второго поколения.

HSDPA

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) – технология доступа с высокоскоростной передачей пакетированных данных по нисходящему каналу. HSDPA – это EDGE сетей третьего поколения.

Эта технология относится строго к сетям третьего поколения (3G). Теоретически скорость передачи может достигать отметки 84 Мбит/с. Для перехода на эту технологию в сетях UMTS нет необходимости делать большие вложения: нужно лишь немного изменить программное обеспечение. Но, если учесть высокие скорости передачи данных, аппаратура оператора должна быть достаточно мощной и современной для предоставления качественной услуги.

Технология HSDPA обеспечивает довольно эффективное использование радиочастот, на одном канале могут работать несколько пользователей. Это позволяет обойтись без выделения канала для каждого - и оператор, и абонент экономят деньги.

Чем грозит внедрение этой технологии нам - обычным потребителям? Технология вполне может заменить доступ, например, по ADSL-линиям, что будет намного удобнее благодаря предоставлению более высокого уровня мобильности. Из-за того, что отсутствует необходимость выделять отдельный канал пользователю, сильно снижается цена услуги – и новые массы пользователей обеспечены, как и рост доходов оператора. Сейчас также ведутся активные разработки этой технологии, пока ее доработки не закончены.

Безопасность

Да, все это, конечно, хорошо: никакого ограничения в передвижениях, большие скорости доступа и т.д. Но у этих технологий есть и минусы – проблемы с безопасностью. Все данные передаются по воздуху, и вполне возможно перехватить эти данные. Да, все данные шифруются специальными алгоритмами, но при чьем-нибудь большом желании и профессионализме эти коды могут быть взломаны, и тогда данные попадут в чужие руки.

Сейчас ведутся разработки в этой области, внедряются новые методы шифрования и обеспечения безопасности. Например, Bluetooth может изменять канал передачи данных до 1600 раз в секунду в последовательности, известной только устройству, приемнику и отправителю.

Резюме

Внедрение новых технологий открывает для пользователя все больше возможностей, обеспечивает высокое качество услуг и скорость работы. Со временем все мобильные устройства будут работать совместно. Мобильные сети будущего будут основываться на IP-технологиях.

Стоимость использования технологий постоянно уменьшается, и это не может не радовать потребителей услуг мобильных коммуникаций. Конечно, стоимость аппаратуры и использования услуг сетей третьего поколения еще очень высока, но производители аппаратуры и операторы связи постоянно снижают ее.

Аналитики говорят о появлении мобильных сетей пятого поколения уже через десять лет. Сложно предсказать, что ждет нас в будущем, но то, что это будущее будет мобильным – факт. Нам остается лишь ждать и наслаждаться уже появившимися возможностями.

© Рябцев Владимир, Хакер-Спец N 07 (56), июль 2005.






Эта статья взята с сайта Связист - Все о связи!.48
http://sviazist.nnov.ru

URL этой статьи:
http://sviazist.nnov.ru/article.php?storyid=374