Если до конца прошлого тысячелетия основной темой проектной группы IEEE 802 был Ethernet во всех его вариантах, то теперь фокус интересов постепенно смещается в направлении беспроводных технологий: над решением беспроводных задач работают более двух третей экспертов этой группы. Наряду с дальнейшим развитием стандарта 802.11 (Wi-Fi) немалое значение придается стандарту 802.16 (WiMAX).

Рабочая группа 802.11 до сих пор возглавляет и координирует деятельность семи рабочих групп IEEE 802, специализирующихся на беспроводной проблематике:

  • 802.11 — беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Network, WLAN);
  • 802.15 — беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Network, WPAN);
  • 802.16 — беспроводной широкополосный доступ (Wireless Broadband Access, WBA);
  • 802.18 — техническая консультативная группа по радиочастотному регулированию (Radio Regulatory Technical Advisory Group, RRTAG);
  • 802.1 — техническая консультативная группа по совместимости (Coexistence TAG, CTAG);
  • 802.20 — беспроводной мобильный широкополосный доступ (Mobile Broadband Wireless Access, MBWA);
  • 802.21 — эстафетная передача радиосоединений.

К этим группам в 2004 г. добавилась еще одна, которая занимается радиосетями в частотном диапазоне телевизионных сетей, а именно:

  • 802.22 — беспроводные региональные сети (Wireless Regional Area Network, WRAN).

Однако наиболее многообещающими выглядят разработки группы 802.16, которая в прошлом году утвердила стандарт для направленной радиосвязи при отсутствии прямой видимости (Non Line of Sight, NLOS). Под названием WiMAX эта группа сегодня привлекает к себе много внимания, а результаты ее деятельности способны заметно изменить наши сетевые структуры.

БЕСПРОВОДНЫЕ ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ

Действующий стандарт для беспроводных сетей 802.11, утвержденный в 1999 г., приобрел свое теперешнее значение лишь благодаря дополнениям 802.11а, 802.11b и 802.11g. Сегодня над расширением стандарта работают восемь групп. К ним добавляются четыре «исследовательские группы» и одна «по изучению вопроса» (Call for Interest) с целью оценки заинтересованности в общих функциях точек доступа (см. Рисунок 1). Ниже дается обзор важнейших тем.

Группа 802.11е по «Расширению МАС» занимается темой гарантии услуг: в эру мультимедиа необходимы методы, гарантирующие пользователю качество услуг (Quality of Service, QoS). В то время как Ethernet может позволить себе сделать ставку исключительно на пропускную способность, радиотехнологии вынуждены полагаться на качество услуг, поскольку их пропускная способность не может увеличиваться произвольно. В этой связи важное значение приобретает работа группы 802.11n «Высокая производительность»: новые методы кодирования, например мультиплексирование с ортогональным разделением частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM), позволяют достигать огромных плотностей битов за счет гораздо более эффективного использования спектра. Нынешний уровень — это плотность в 4 бита на герц, т. е. по каналу шириной 8 МГц можно передавать данные со скоростью 32 Мбит/с. Перспективной выглядит и тема 802.11р — «Мобильный доступ»: группа занимается радиотехнологиями доступа к сети из транспортных средств.

Наряду с темой мобильности группа 802.11r рассматривает «Быстрый роуминг». Она занимается исследованием способов ускорения процедуры передачи клиентов между отдельными радиоячейками. Совсем новая тема у 802.11s — «Ячеистые сети», где вводятся новые сетевые структуры. Обычная структура с концентраторами когда-нибудь исчезнет. Это означает, что отдельные участники сети будут сами составлять большую ячеистую сеть. В этой области вырисовываются очень интересные новые приложения, которые пока не реализуемы. Проблему, которая с ростом числа абонентов становится все серьезнее, должна решить группа 802.11t — «Прогнозирование производительности»: «загрязнение» эфира множеством радиопользователей (в нелицензированном спектре) едва ли позволяет предвидеть, какая пропускная способность предоставляется собственным приложениям.

Группа 802.11 курирует еще четыре направления. Проект беспроводной связи следующего поколения 802.11 (Wireless Next Generation, WNG) посвящен радиосетям будущего. После того как, с одной стороны, 802.11b и 802.11g оказались достаточно успешными на рынке, а с другой — UMTS в США потерпела фиаско, этот вопрос становится все более актуальным. Правда, некоторые факты указывают и на то, что деятельность 802.16 может распространиться и на область беспроводных локальных сетей. Безопасность по-прежнему остается важной темой в беспроводных сетях: подгруппа укрепления безопасности 802.3ADS занялась данной проблемой и собирается представлять решения совместно с 802.1. На пути к ячеистым сетям все большая роль отводится взаимодействию с внешними сетями: такие решения разрабатывает одноименная группа 802.3WIEN. И наконец, функции управления сетью составляют тему исследований группы управления беспроводными сетями 802.11WNM.

БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ В ПЕРСОНАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ

Тема беспроводных персональных сетей (WPAN) касается соединения переносных компьютеров. Многие приложения теперь невозможно представить без мобильных конечных устройств. В июне 2001 г. международный стандарт Bluetooth включен в качестве базового в стандарт 802.15. Кроме того, в 802.15 вошло еще несколько проектов (см. Рисунок 2).

Группа 802.15.3 — «Высокая скорость» — расширяет область действия спецификации WPAN на технологии с более высокой пропускной способностью. Речь идет о скоростях между 11 и 54 Мбит/с, причем особое внимание уделяется умеренному потреблению мощности и низкой цене. Специально в целях исследования альтернативных технологий группа 802.15.3а — «Альтернативный физический уровень» — работает над созданием новых радиотехнологий. Группа 802.15.4 — «Низкая скорость» — занимается технологиями WPAN с умеренной пропускной способностью. Прежде всего имеется в виду длительное время работы от батарей (месяцы и годы) при умеренной сложности. Стандарт предназначен также для нелицензируемых международных диапазонов частот. Возможными приложениями являются датчики, интерактивные игры, интеллектуальные документы, пульты дистанционного управления и домашняя автоматика. Нова и тема «Сетевые структуры»: под лозунгом «Ячеистые сети» 802.15.5 занимается построением многосвязных сетей.

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ БЕСПРОВОДНОЙ ДОСТУП

802.16 BWA предлагает технологии доступа для широкополосных сетей (см. Рисунок 3). Базовый стандарт 802.16 — «Беспроводные городские сети» — был утвержден вместе со стандартом 802.16.2 «Сосуществование» в 2001 г. в качестве американского стандарта. 802.16 определяет технологии передачи в случае прямой видимости в частотном диапазоне от 10 до 66 ГГц, т. е. является стандартом классической микроволновой направленной радиосвязи. В Европе типичные частоты лежат в полосе 23 или 38 ГГц.

Форум совместимого микроволнового доступа (Worldwide Interoperable Microwave Access, WiMAX) подхватил эту технологию и продвигает ее. Однако значительно важнее для этого форума было утверждение стандарта 802.16а на «Лицензируемые частоты 2—11 ГГц» в апреле 2004 г. Стандарт определяет технологии NLOS, т. е. соединения вне зоны прямой видимости — на основе отражения — в лицензируемых и нелицензируемых полосах в диапазоне от 2 до 11 ГГц. Важными частотами здесь являются 3,5 ГГц в лицензируемом диапазоне и 5,8 ГГц для нелицензируемых приложений. 802.16с «Профили 10—66 ГГц» и 802.16d «Профили 2—11 ГГц» занимаются профилями для соответствующих систем. 24 июня 2004 г. вышла новая редакция стандарта 802.16, включающая в себя базовый стандарт выпуска 2001 г. с дополнениями NLOS из стандарта 802.16а и профилями 802.16с без добавления новых функций.

Одна из основных областей применения технологий NLOS — подключение общедоступных точек доступа 802.11 к Internet. Другими сценариями применения являются территориальные соединения на крупных предприятиях и, что имеет очень большое значение, замена соединений DSL в области доступа. В то время как при радиосвязи в топологии «точка—много точек» информация может передаваться лишь на пару километров, радиус ячейки 802.16а может достигать 50 км. Реальным максимальным расстоянием эксперты считают 30 км, причем между отправителем и получателем не исключается наличие препятствий (в верхнем частотном диапазоне от 11 до 66 ГГц отправитель и получатель должны находиться в зоне прямой видимости). Скорость передачи базовой станции равна приблизительно 240 Мбит/с: к примеру, шесть секторов по 40 Мбит/с. В будущем со столь высокой скоростью 802.16 в состоянии заменить до 1000 классических соединений DSL для домашних приложений.

С учетом одних только перечисленных факторов системы на базе 802.16 оказываются гораздо более выгодными с экономической точки зрения по сравнению с прежней направленной радиопередачей. Кроме того, благодаря стандартизации риск инвестиций как для производителей, так и для операторов соответствующих беспроводных сетей заметно снижается. Складывающаяся более благоприятная ценовая ситуация должна в конце концов позволить операторам разработать интересные бизнес-модели для своих клиентов. В этой области подготавливается и кардинальное изменение сетевой инфраструктуры — некоторые производители (к примеру, Intel) уже рекламируют использование этой технологии в мобильных компьютерах: утверждается, что WiMAX будет интегрирован в процессор Centrino следующего поколения.

РАДИОКОНТАКТ С БЫСТРО ДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ

Значительные расширения предполагаются в группе 802.16 «Мобильные беспроводные сети MAN», где определяется мобильный доступ в рамках 802.16: пропускная способность более 10 Мбит/с при размерах ячейки в несколько километров и скоростях в несколько сотен километров в час. 802.16 хорошо подходит не только для неподвижных, но и для перемещающихся пользователей. WiMAX под силу произвести переворот в коммуникациях, как это однажды сделал Ethernet. Новые группы управления 802.16f и 802.16g, во-первых, занимаются базами управляющей информации (Management Information Base, MIB) для сетей доступа, а во-вторых, определяют так называемые плоскости управления.

Возможность применения WiMAX для мобильных приложений эксперты считают уже фактом: хотя верхняя граница еще не достигнута, скорость в 300 км/ч и выше представляется более чем реальной. Сомнения в этих прогнозах и собственные подсчеты компаний привели между тем в прошлом году к основанию группы 802.20 MBWA. Она занимается спецификацией недорогих решений, эффективно использующих спектр широкополосных сетей доступа в расчете на всемирное и мобильное применение. Запланированный стандарт адресован рынку конечных мобильных пользователей Internet, Intranet и корпоративных приложений, а также приложений информационной поддержки. Целями группы являются:

  • лицензируемые диапазоны ниже 3,5 ГГц;
  • скорость передачи данных (на каждого пользователя) более 1 Мбит/с;
  • скорость перемещения до 250 км/ч;
  • расширение до размеров региональных сетей.

Как можно видеть, нормированию подлежит технология, которую уже предлагает 802.16е. Требования «Четкой идентичности» IEEE 802 к любому новому стандарту должны были предотвратить формирование 802.20. Однако все зависит в конечном счете от наличия заинтересованности. По оценкам автора, в конце концов признание останется за 802.16е.

Для мобильности гораздо более важной, чем этот конфликт в области стандартизации, является тема эстафетной передачи соединений, которой занимается недавно организованная группа 802.21 — «Услуги эстафетной передачи соединения независимо от среды» (Media Independent Handover Services, MIHS). Высокие скорости перемещения полезны лишь тогда, когда возможна эстафетная передача соединения следующей станции. Это достаточно просто реализуется в случае фиксированных маршрутов — на железных дорогах или автомобильных трассах (статичная эстафетная передача). Однако динамические маршруты, к примеру обычное движение автомобилей по городу, до сих пор представляют собой нерешенную проблему.

WIMAX КАК КОНКУРЕНТ ДОСТУПУ DSL И UMTS

Несмотря на значительный успех, основной проблемой радиотехники остается ограниченная, не способствующая наращиванию пропускная способность. Это узкое место пытаются обойти путем повышения плотности битов и при помощи определенных в стандарте 802.16 радиометодов NLOS, не требующих расположения конечных пунктов в зоне прямой видимости. На основе обеих разработок можно строить полностью беспроводные городские сети. Высокая производительность метода позволяет использовать его при построении магистралей. Здесь наблюдается настоящая конкуренция с DSL, которая не сводится к так называемым «Деревням без DSL». С функциями мобильности и эстафетной передачи соединений технологии для локальных радиосетей смогут составить конкуренцию и UMTS.

Однако развитие беспроводных технологий тормозит дефицит нелицензируемых диапазонов. Этот вопрос требует немедленного решения, чтобы не повторился фарс с выдачей лицензий, как это было в случае с UMTS. Во всем мире полоса 3,5 ГГц используется для приложений 802.16 — остается надеяться, что и в Германии технология WiMAX скоро станет доступной.

Ханс Лакнер — основатель и управляющий партнер компании Axess-pro Networks, член американского комитета по стандартизации IEEE 802.3 с правом голоса.

? AWi Verlag