Организовать получение множества услуг связи в дом или офис порой бывает очень сложно из-за отсутствия подходящих каналов связи. Проблема решается практически в одночасье с внедрением одной из беспроводных технологий

Наверное, многие замечали, что местность проживания накладывает определенный отпечаток на жизненный ритм людей, ее населяющих. Скажем, для жителей больших городов свойственна некоторая торопливость — они вечно спешат на работу, деловую встречу и прочее, по дороге заскакивая в различные супермаркеты и магазины. Кроме того, горожане зачастую поздно приступают к работе и заканчивают свои дела также очень поздно. Напротив, жители малых городов и сельских районов привыкли вставать с первыми петухами, да и спешить им нет нужды — нередко их трудовая деятельность начинается в пределах видимости родного дома.

Местность проживания, оказывается, оставляет отпечаток не только на ритме жизни людей, но и на телекоммуникационных возможностях. Так, обитатели новостроек больших городов или арендаторы и владельцы офисов в бизнес-центрах уже не удивляются высокоскоростному оптоволоконному каналу связи, связывающему их с Глобальной паутиной и телефонной городской сетью. Однако наличие таких возможностей остается уделом мечтаний многих других обитателей городских районов, не говоря уже о жителях глубинок и сельской местности. Кстати, по данным института IEEE, во всем мире менее 5 % инфраструктуры сетей доступа построено на оптоволоконных линиях связи.

Вряд ли сегодня может служить спасательной соломинкой всем известный и многим доступный dial-up. Домашние пользователи и тем более представители бизнес-сектора нуждаются в высокоскоростной последней миле, способной предоставить радости быстрого Интернета, видеотрансляцию, мультимедийные приложения, IP-телефонию, передачу видео по запросу и прочее. Все эти услуги сегодня могут прийти к пользователям исключительно по высокоскоростным линиям доступа.

Однако не все так безнадежно для тех, кому по техническим (или экономическим) причинам сложно реализовать такие решения. Оказалось, протянуть такую "быструю" трубу практически в любой офис и квартиру (где бы они ни находились в городе или сельской местности) под силу технологиям беспроводного широкополосного доступа, получившим название BWA (Broadband Wireless Access).

Городской романс

Беспроводные технологии для последней мили очень нужны в регионах, где сложно применять проводные решения. А таких мест оказалось сегодня предостаточно даже в странах с хорошо развитой телекоммуникационной инфраструктурой. Например, во Франции национальный оператор France Telecom официально признал, что не может охватить xDSL-сервисами порядка 7 млн человек, проживающих в сельской местности.

В городских условиях также не всем пользователям уготована участь счастливых обладателей "золотых" xDSL-линий (см. ЧИП 6/2003, с. 86). Оказалось, что многие DSL-устройства способны предоставлять высокоскоростные сервисы абонентам, находящимся на расстоянии всего лишь около 3 миль от центральной станции (или мультиплексора DSLAM). Оптоволоконные решения в сетях абонентского доступа также пока не являются массовыми, прежде всего, за счет дороговизны. Например, в таком городе, как Сан-Франциско, внедрение беспроводных технологий позволяет экономить порядка $300 на квадратный фут по сравнению с оптоволоконным соединением.

Хочется лишь добавить, что речь идет не просто о беспроводных решениях, а о широкополосных. В общем случае этот термин подразумевает, что для радиоканала выделяется диапазон частот (в данном случае достаточно широкий — десятки мегагерц), в котором можно организовать высокоскоростную передачу данных.

Несомненно, к широкополосным беспроводным технологиям относится хорошо известное семейство WLAN или IEEE 802.11a/g/b (см. ЧИП 8/2003, с. 78). Однако изначально эти технологии предназначались и разрабатывались для применения в локальных сетях и преимущественно в закрытых помещениях. Только в последние годы WLAN (их еще называют Wi-Fi-технологии) начали активно проникать в виде беспроводных точек доступа в общественные места, получивших название хот-спотов.

Правда в общественных Wi-Fi-зонах, как правило, абонентские терминалы эффективно обслуживаются точками доступа в радиусе 100 метров. Такое обстоятельство объяснимо, ведь семейство стандартов IEEE 802.11a/g/b предусматривает высокие скорости передачи исключительно на коротких расстояниях (до 100 метров). Вот поэтому институт IEEE поддержал идею развития беспроводных технологий для городских сетей (MAN), которые реализовали бы требования высокоскоростной передачи данных на значительные расстояния.

Старый знакомый

Беспроводные технологии BWA вряд ли можно назвать чем-то новым и необычным. Первые эксперименты с высокоскоростными системами начались еще в конце 60-х годов прошлого столетия. Основная роль подобным устройствам отводилась для вещательных целей, прежде всего трансляции телепрограмм и передачи цифровых данных. В 1970 году американская Федеральная комиссия связи (FCC) предложила рынку первую технологическую разработку системы MDS (Multipoint Distribution System) для беспроводной передачи данных в диапазоне 2,1—2,7 ГГц. Уже в то время коммерческие MDS-системы позволяли предоставлять услуги в радиусе 50 км от базовой станции. Однако отсутствие четких стандартов, дороговизна оборудования и активное противодействие операторов кабельного телевидения не дали MDS-технологии закрепиться на рынке.

В середине 90-х вновь вспомнили об этой беспроводной технологии. Правда, не забыв предварительно ее усовершенствовать — наделив многоканальными способностями MMDS (Multichannel MDS). К новому воплощению беспроводной технологии начали проявлять живой интерес телекоммуникационные компании и представители корпоративного рынка. Еще бы, ведь MMDS-системы являлись идеальным решением для организации соединения между локальными сетями, находящимися в пределах одного города, а также подключения сети провайдера к жилым зданиям, офисным центрам и гостиницам. При этом обитатели этих мест получали высокоскоростные услуги (телепрограммы, видеоконференц-связь, доступ в Интернет) на скоростях до 30 Мб/с.

В 1998 году FCC дал добро на использование еще одного варианта беспроводной технологии LMDS (Local Multipoint Distribution Service) в диапазонах 10, 26, 28 и 38 ГГц. При этом скорости передачи систем LMDS достигали 45 Мб/с, а дальность действия составляла 3—8 км. За счет реализации двунаправленной передачи данных LMDS-устройства также позволили предоставлять интерактивные сервисы — телефонию, потоковое видео, видеоконференц-связь и др.

Однако отсутствие единых стандартов на технологии BWA сильно сдерживало развитие рынка высокоскоростных беспроводных систем связи. Это выражалось в отсутствии совместимости оборудования от разных поставщиков и достаточно высокой стоимости беспроводных комплектов (до $50 тыс.). К счастью, в 1999 году проблемой занялась рабочая группа в IEEE, которая в апреле 2002 года утвердила единый стандарт IEEE 802.16 для высокоскоростных беспроводных систем, применяемых в MAN-сетях.

Изобилие возможностей

С появлением единого стандарта BWA-решения начали пользоваться спросом. Так, по данным Skylight Research, в 2003 году доход отрасли от предоставления услуг с помощью высокоскоростных беспроводных систем доступа составил $323 млн. Аналитики также предсказывают, что к 2006 году этот показатель достигнет отметки 1,75 млрд. И таким радужным перспективам существует объяснение — стандартизированное оборудование IEEE 802.16 устраняло главную проблему совместимости устройств от разных производителей.

Стоит отметить, что эта версия стандарта предполагает работу высокоскоростного оборудования в прямой видимости (отсутствие препятствий между передатчиком и приемником) в диапазонах 10—66 ГГц. При этом передатчики и приемники устанавливались на мачтах сетей сотовой связи и на высотных зданиях.

Однако жизнь не стоит на месте — прогресс требует новых технологических ухищрений, способных облегчить жизнь пользователям. Поэтому нововведения вскоре коснулись и IEEE 802.16 в виде дополнения с буковкой "а" (читай полное имя IEEE 802.16а). Принятый в январе 2003 года IEEE 802.16а, первый из этой серии стандартов, предусмотрел работу беспроводного оборудования без обязательного условия прямой видимости между передатчиком и приемником. Появился даже такой термин — NLOS (Non Line of Sight — буквально отсутствие линии между участками сети), подчеркивающий эту особенность.

Кроме того, оборудование IEEE 802.16а наконец-то четко стало делиться на базовые станции и абонентские терминалы. Причем последние поддерживают режим Plug and Play, позволяя абонентам устанавливать и запускать их в работу самостоятельно без выезда оператора и использования мачтового и иного дополнительного оборудования.

Хороши и скоростные показатели беспроводных систем связи, которые будут поддерживать IEEE 802.16а. Так, максимальная скорость двунаправленной передачи данных на один сектор базовой станции (БС) может достигать 72 Мб/с или 280 Мб/с на всю базовую станцию. Отметим, что одна БС может обслуживать до шести секторов. При этом каждый сектор способен обеспечивать связью (например, с Интернетом) около 60 корпоративных сетей на скоростях (1,54 Мб/с), равных линиям T1, или более сотни домашних пользователей, предоставляя им сервисы, аналогичные xDSL-соединениям.

Оборудование IEEE 802.16а также может сослужить хорошую службу и при связи Wi-Fi-точек доступа (в общественных местах) с проводной инфраструктурой провайдера. Ведь специально прокладывать высокоскоростную соединительную линию, например, в уличное кафе, дело дорогое и затратное по времени. Не секрет, что в городе на развертывание линии доступа T1/E1 может уйти до трех и более месяцев. В то время как системы BWA способны решить проблему с организацией высокоскоростного доступа за считанные дни. Немаловажным моментом в IEEE 802.16а является поддержка механизмов качества сервиса QoS (см. ЧИП 2/2002, с. 104), что гарантирует передачу в радиоканале без задержек приоритетного трафика (например, голоса или мультимедиа).

Стоит отметить еще один плюс нового стандарта — работа оборудования в широком спектре частот 2—11 ГГц. Это является большим облегчением для операторов, собирающихся разворачивать беспроводные сети в различных регионах мира. Ведь известно, что существуют диапазоны частот, на работу в которых необходимо получать лицензии, а также диапазоны, абсолютно свободные от этого недостатка. Причем в различных регионах (скажем, США и Европе) нелицензируемые диапазоны могут находиться на разных частотах. Вспомним, какую головную боль испытали европейские операторы, собирающиеся предоставлять услуги беспроводной связи на оборудовании IEEE 802.11a в "пятигигагерцовом" диапазоне.

С этой проблемой практически удалось справиться в стандарте IEEE 802.16а. Например, в США операторы могут развернуть оборудование этого стандарта в нелицензируемом диапазоне 5,8 ГГц, в то время как в Европе и Азии провайдеры будут предоставлять сервисы высокоскоростной беспроводной связи в специально отведенном для этого диапазоне 3,5 ГГц. Кроме того, стандарт IEEE 802.16a поддерживает различные варианты полосы пропускания радиоканалов. Например, провайдер, владеющий 20 МГц частотного спектра, способен разделить его на два радиоканала по 10 МГц или на четыре по 5 МГц.

Надо упомянуть и о "дальнобойности" оборудования IEEE 802.16a. Так, например, дальность передачи данных может составлять до 72 км для соединений "точка—точка" в прямой видимости или до 7 км, но в отсутствие прямой видимости между объектами.

Новые горизонты

Развитие семейства IEEE 802.16 на появлении дополнения с буквой "а" не заканчивается. Сегодня вовсю обсуждаются проекты версий IEEE 802.16d и IEEE 802.16e. А пока действующая ныне версия IEEE 802.16 включает в себя три документа — IEEE Std 802.16-2001, IEEE Std 802.16c-2002 и IEEE Std 802.16a-2003 (практически рассматриваемая нами версия IEEE 802.16а). В сентябре 2003 года на 27-й сессии комитета IEEE 802.16 был принят новый проект 802.16-REVd, который стал основой для следующей версии стандарта IEEE 802.16d. Предполагается, что новый проект вберет в себя все лучшие наработки предыдущих версий. Когда же новая версия проекта 802.16-REVd (читай IEEE 802.16d) будет опубликована (предположительно в 2004 году), все существующие сегодня спецификации потеряют свою актуальность, автоматически интегрировавшись в новую версию стандарта.

Дополнение же IEEE 802.16e, помимо всех прелестей и возможностей IEEE 802.16d, предполагает поддержку широкополосной беспроводной связи в мобильных устройствах. Иными словами, чипы стандарта IEEE 802.16e в перспективе смогут использоваться в ноутбуках, карманных компьютерах и даже в мобильных телефонах. Это обстоятельство позволит свободно перемещаться (и получать при этом услуги связи) владельцам таких устройств в зоне действия базовой станции. Не исключается и применение роуминга между сетями различных операторов. Предположительно первые образцы чипов с IEEE 802.16e появятся на рынке в 2006 году.

Гораздо быстрее следует ожидать появления на рынке действующих образцов IEEE 802.16a. Так, корпорация Intel планирует начать поставку первых компонентов, удовлетворяющих требованиям этого стандарта, уже в этом году. А массовое появление на рынке коммерческого оборудования IEEE 802.16a, скорее всего, придется на 2005 год. При этом стоимость базовой станции будет составлять от $10—20 тыс., а абонентские терминалы можно будет приобрести приблизительно за $150.

Об игроках

Теперь, пожалуй, самое время назвать активных сторонников внедрения технологий BWA в жизнь. Прежде всего, это отраслевой форум WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), созданный в апреле 2001 года. Сегодня под знаменем WiMAX находится более 70 организаций, среди которых известные производители чипов, беспроводного оборудования, операторы связи и др. Активными фигурами форума являются Alvarion, Atheros Communications, Fujitsu Microelectronics America, Hughes Network Systems, Intel, Nokia, Proxim, Wi-LAN и др.

В задачу форума WiMAX входит активное продвижение на рынок стандартизируемого оборудования IEEE 802.16 (всех утвержденных версий). При этом оборудованию, прошедшему тест на совместимость, будет присваиваться знак WiMAX Certified (Сертифицировано WiMAX), аналогичный Wi-Fi для беспроводных устройств семейства IEEE 802.11. Стоит отметить, что в основе тестов лежит проверка работоспособности оборудования, поддерживающего в радиоканале модуляцию ортогонального частотного уплотнения OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) c 256 поднесущими частотами. Кроме того, создатели тестов будут требовать от оборудования работы в "обязательных" диапазонах частот 2,5, 3,5 и 5,8 ГГц.

Форум WiMAX собирается активно сотрудничать и со специалистами ETSI (Европейского института стандартов по телекоммуникациям) в разработке тестов на совместимость оборудования IEEE 802.16 с HiperMAN (европейский стандарт беспроводной связи для городских сетей). Кстати, технология HiperMAN также во многих особенностях работы схожа с IEEE 802.16, и, прежде всего, в способе модуляции OFDM.

Сотрудничество в продвижении беспроводного оборудования связи для городских сетей также происходит и между компаниями. Например, недавно Intel и Alvarion подписали стратегическое соглашение о сотрудничестве в области создания систем широкополосного беспроводного доступа стандарта IEEE 802.16a. В своих системах связи Alvarion будут использовать чипы корпорации Intel.

Практически подобный же альянс существует между производителем микроэлектронных компонентов Fujitsu Microelectronics America и поставщиком оборудования Wi-LAN. Ни у кого не вызывает сомнения, что разработкой чипов IEEE 802.16 сегодня занимается Atheros (также входит в состав форума WiMAX), известный производитель микросхем для устройств семейства IEEE 802.11.

Завтрашний день

Несмотря на то что оборудование IEEE 802.16a (сертифицированное WiMAX) должно появиться в 2005 году, на рынке уже существуют действующие прототипы систем, поддерживающие эту технологию. Например, в системах Libra, представленных компанией Wi-LAN, применяется передовая модуляция OFDM с 256 поднесущими частотами. Системы радиодоступа Libra обеспечивают 98-процентное покрытие территории в радиусе примерно 10 км от базовой станции.

В свою очередь, компания Airspan Networks объявила о выпуске двух новых систем AS4030 и AS3030, основывающихся на стандарте IEEE 802.16a. Первая система предназначена для построения радиосетей топологии "точка—многоточка", а вторая — "точка—точка". При этом AS4030 обеспечивает на расстоянии в прямой видимости до 50 км скорость в радиоканале до 45 Мб/с. Модель AS3030 способна обеспечить такую же скорость в условиях прямой видимости, но на расстояниях до 80 км.

Система беспроводной связи BreezeACCESS OFDM компании Alvarion способна работать в сетях "точка—многоточка" и обеспечивать в радиоканале скорости передачи до 72 Мб/с. Кроме того, в устройстве реализованы механизмы QoS — трафик разбивается на классы и приоритеты по методам 802.1p и IP ToS.

Вышеназванные системы связи уже находят применение в разных уголках мира. Крупнейший оператор Великобритании British Telecom приступил к тестированию оборудования стандарта IEEE 802.16a в четырех сельских населенных пунктах, расположенных в Шотландии, Уэльсе, Корнуэле и Северной Ирландии. С помощью этого оборудования оператор собирается в ближайшее время начать предоставлять жителям этих областей услуги широкополосного доступа в Интернет. Кроме British Telecom, уже рассматривают перспективы внедрения WiMAX-оборудования в своих сетях британский оператор UK Broadband, испанский Iberbanda, мексиканский MVS Net, бразильский Neotec, гонконгский PCCW и индийский Reliance Infocomm.

Ожидается, что с появлением на рынке сертифицированного оборудования WiMAX проникновение высокоскоростных беспроводных технологий будет массовым. Тем более что острая потребность в высокоскоростных беспроводных системах связи существует практически в любом уголке земного шара.

Источник:журнал "CHIP"