Без стандартизации на массовом рынке делать нечего. Поэтому комитеты по стандартизации, к примеру, американская проектная группа IEEE 802, постоянно испытывают давление со стороны тех, кому необходим результат. Если слишком долго тянуть, как это происходит сейчас со стандартом 802.11n, у пользователей и производителей заканчивается терпение, и рынок застопоривается. В статье дается обзор деятельности IEEE 802 за последний год. В подготавливаемых стандартах наиболее актуальными проблемами являются повышение мобильности и расширение полосы пропускания.

Проектная группа IEEE P802 — комитет по стандартам для локальных и городских сетей (LAN & MAN Standards Committee, LMSC) — разрабатывает стандарты, не связанные с IP. Два коллектива разработчиков, входящие в ее состав, занимаются очень важными направлениями — Ethernet и радиотехнологиями, соответственно. Тематика мобильной связи относится к юрисдикции рабочих групп, выделенных на Рисунке 1 красным цветом:

  • 802.11 — беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Networks, WLAN);
  • 802.15 — беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Networks, WPAN);
  • 802.16 — широкополосный беспроводной доступ (Broadband Wireless Access, BWA);
  • 802.18 — техническая консультативная группа по регулированию радиотехнологий (Radio Regulatory Technical Advisory Group, RRTAG);
  • 802.19 — техническая консультативная группа по совместимости (Coexistence Technical Advisory Group, CoTAG);
  • 802.21 — услуги эстафетной передачи соединения независимо от среды (Media Independent Handover Services, MIHS);
  • 802.22 — беспроводные региональные сети (Wireless Regional Area Networks, WRAN).

Рабочая группа 802.3 изучает проблемы Ethernet и занимается множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD). Как и прежде, ей принадлежит решающая роль в решении задач, нацеленных на увеличение пропускной способности. Большой активностью отличается и рабочая группа 802.1 HILI, деятельность которой посвящена высокоуровневым интерфейсам (HIgher Layer Interfaces, HILI) и направлена на удовлетворение потребностей провайдеров; таким образом, она выходит за рамки локальных и городских сетей.

IEEE 802.3: ПРОБЛЕМА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

В прошлом году, после завершения ряда весьма значимых работ над стандартом 10 Gigabit Ethernet появились новые недорогие волоконно-оптические интерфейсы и — что самое главное — был утвержден стандарт 10GBbaseT. Теперь самое время заняться решением новых задач. Как видно из Рисунка 2, действующий американский стандарт IEEE-802.3 включает в себя пять внушительных разделов: на более чем 1500 страницах описаны Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet и Ethernet на первой миле (Ethernet in the First Mile, EFM). Международные стандарты по-прежнему существенно отстают от американских: международное признание пока получили только стандарты со скоростью от 10 до 1000 Мбит/с.

Позже в эти разделы планируется включить пять уже утвержденных американских стандартов:

  • 802.3af — подача питания по Ethernet (DTE Power via MDI);
  • 802.3aj — исправления стандартов (Maintenance);
  • 802.3an — передача данных со скоростью 10 Гбит/с по проводам Категории 6/7 (10GBaseT);
  • 802.3aq — 10 Gigabit Ethernet по многомодовому оптическому волокну (10GBaseLRM);
  • 802.3as: — расширение формата кадров (Frame Format Extension).

Таким образом, к основному документу добавляются примерно 550 страниц, причем еще не совсем ясно, как в конечном счете должна выглядеть новая версия стандарта: видимо, его придется разделить на части, поскольку едва ли возможно пользоваться книгой, объем которой превышает 2000 страниц.

В стадии разработки находятся еще три стандарта — для них уже получен запрос на авторизацию проекта (Project Authorisation Request, PAR), и, таким образом, начата процедура их официального утверждения:

  • 802.3ap — 1/10 Gigabit Ethernet для объединительной платы (10GBbaseK);
  • 802.3at — повышение мощности питания по Ethernet (DTE Power Enhancements);
  • 802.3av — Ethernet на первой миле до квартиры со скоростью 10 Гбит/с (10G EPON).

Отдельно стоит упомянуть еще одну рабочую группу, отвечающую за абсолютно новое направление:

  • 802.3aw — группа изучения высоких скоростей (Higher Speed Study Group, HSSG), которая в данный момент занимается получением запроса на авторизацию проекта для технологии 100 Gigabit Ethernet.

Вследствие ее активности была приостановлена деятельность другой группы:

  • 802.3ar — группа управления перегрузками каналов связи (Congestion Management).

Это означает, что проблема качества услуг (Quality of Service, QoS) в сетях Ethernet будет решена путем предоставления избыточной пропускной способности.

Вместе с тем, другим специалистам — так называемой группе изучения вопроса (Call for Interest, CFI) поручена тема экономии энергопотребления в Ethernet:

  • 802.3EEESG — Energy Efficient Ethernet.
Рисунок 3. 10 Gigabit Ethernet для локальных и глобальных сетей, а также устройств (802.3ае и 802.3ар).
Наиболее полно описана технология 10 Gigabit Ethernet (802.3ae), предлагающая пользователю интерфейсы, которые представлены на Рисунке 3. К уже определенным стандартам (выделены белым цветом) относятся стандарт передачи данных по оптическому волокну 10GBaseLRM и стандарт передачи данных по медным проводам 10GBaseT (желтый цвет). Буква L в названии 10GBaseLRM указывает на Long Wave Length — длинная волна (1310 нм), R означает Blockcoding — блочное кодирование, как у 10GBaseLR, а М — FDDI-Grade Multimode Fiber, т. е. многомодовое оптическое волокно FDDI. Разработки нацелены на создание недорогой технологии передачи данных со скоростью 10 Гбит/с по имеющимся многомодовым волоконно-оптическим сетям. 10GBaseT представляет собой технологию передачи данных по медным проводам Категорий 6 и 7. При использовании обычной проводки Категории 6 обеспечивается передача данных на расстояние до 55 м, более новые кабели Категории 6 или Категории 7 позволяют увеличить дальность передачи до 100 м. Как и прежде, аргументация в пользу применения данной технологии выглядит неубедительно: утверждается, что она необходима для поддержки имеющихся инсталляций с медной проводкой в вычислительных центрах. Однако такие инсталляции встречаются довольно редко. Если и приходится прокладывать новые кабели, то в указанном скоростном сегменте оптическое волокно представляет собой заведомо лучшую альтернативу. Ожидается, что благодаря стандартам для объединительных плат, выделенным на Рисунке 3 желтым цветом, технология Ethernet проникнет непосредственно в устройства.

802.3ap — Backplane Ethernet: эта рабочая группа была создана летом 2004 г. и с тех пор занималась созданием спецификации объединительной платы с поддержкой Ethernet. Задача, среди прочего, заключалась в том, чтобы использовать медные провода на расстоянии до одного метра (максимум через два разъема). Определены три интерфейса, один из которых работает с гигабитной скоростью, а остальные два поддерживают технологию 10 Gigabit Ethernet:

  • 1000BaseKX — 1 Гбит/с, последовательный порт (зависящий от физической среды — Physical Medium Dependent, PMD);
  • 10GBaseKX4 — 10 Гбит/с, четыре пары проводов (4-Lane);
  • 10GBaseKR — 10 Гбит/с, последовательный порт.

Эти стандарты практически готовы, и в ближайшем времени можно рассчитывать на их утверждение.

802.3at — DTE Power Enhancements: стандарт повышения мощности питания по Ethernet еще не завершен. Рабочая группа 802.3at получила задание на стандартизацию в сентябре 2005 г. и работает над технологией Power over Ethernet Plus (PoE Plus) с целью увеличения хотя бы до 30 Вт количества энергии, которую можно передать по проводам Класса D. Главным принципом проектирования является совместимость с уже имеющимся стандартом питания оконечного оборудования для передачи данных (Data Terminal Equipment Power, DTE Power).

802.3av — 10G EPON: эта недавно созданная группа добивается стандартизации технологии доступа со скоростью 10 Гбит/с. Утвержденный в 2004 г. стандарт EFM определяет технологию пассивной оптической сети Ethernet (Ethernet Passive Optical Network, EPON), которую разработчики должны дополнить 10-гигабитной технологией. Между центральным коммутатором (центральным офисом) и сетью, проложенной в доме, предусматривается сеть распределения, предоставляющая 32 квартирам волоконно-оптический канал со скоростью до 10 Гбит/с.

Мотивация разработки заключается прежде всего в будущих приложениях и услугах, таких, как телевидение высокого разрешения (High Definition Television, HDTV) или широкоэкранное цифровое изображение (Large Screen Digital Imagery, LSDI). В большинстве случаев им нужна более высокая пропускная способность, а провайдеры услуг, кроме того, смогут увеличить число телеканалов, предлагаемых потребителям. AT&T, к примеру, заявляет, что будет предоставлять клиентам более 1000 каналов. Такая цифра, судя по всему, оказывается достаточно сильной мотивацией для того, чтобы подвести к дому столь широкую полосу пропускания.

802.3aw/HSSG — High Speed Study Group: недавно проектная группа 802.3 сформировала рабочую группу HSSG, заявив тем самым о начале новой широкополосной эры. Времена скоростей 10 Гбит/с прошли, настал век 100 Гбит/с. Вместе с тем устранена неопределенность со следующей технологией Ethernet: никакого 40 Gigabit Ethernet не будет, очередная ступень Ethernet — 100 Гбит/с. Этот стандарт призван удовлетворить требования к пропускной способности в двух областях применения: в центрах обработки данных и территориальных сетях, объединяющих несколько зданий.

После 2010 г. в центрах обработки данных (ЦОД) технология 100 Gigabit будет использоваться в ядре ЦОД и в области агрегации ЦОД, в то время как область доступа ЦОД будет обслуживаться со скоростью 10 Гбит/с (см. Рисунок 4). Примечательно, что, по оценкам HSSG, в области доступа не нужно поддерживать дальность передачи в 100 м, а значит, и технология 10GBaseT не нужна. Группа, разрабатывавшая стандарт 10GBaseT, всегда ориентировалась на ЦОД. В корпоративной области и в территориальных сетях 100-гигабитная технология понадобится лишь в ядре и в системе распределения. В описанном сценарии технологии 10GBaseT также не находится места, поскольку компьютеры станут подключаться с помощью Fast Ethernet или Gigabit Ethernet, для чего достаточно проводки Категории 5e.

Для достижения более высоких скоростей, в особенности 100 Гбит/с, имеются четыре различных метода (см. Рисунок 5). Из обширной палитры возможностей группа по стандартизации выберет несколько разных интерфейсов, чтобы удовлетворить любые технические и финансовые требования, как это уже имело место в случае технологий 10GBaseX.

Рисунок 5. Возможные технологии 100 Gigabit для стандарта 802.3 HSSG.
Как видно из перечисленных на Рисунке 4 приложений, 100 Gigabit появился своевременно. Речь идет о технологии, которая будет обслуживать ядро, а также области агрегации и распределения. Отдельные конечные устройства не достигают подобных скоростей в принципе, даже когда им необходимо извлекать данные с жестких дисков. В этом случае одногигабитной технологии будет достаточно и после 2010 г. Однако, если для агрегации пропускной способности начнут применяться коммутаторы 10 Gigabit Ethernet, то понадобятся высокоскоростные восходящие каналы. Сегодня они реализуются при помощи технологий множественного доступа с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing, WDM) или агрегации каналов (Link Aggregation). Таким образом, современные потребности в пропускной способности вполне удовлетворимы, так что технология 100 Gigabit Ethernet появится в 2010 г. как раз вовремя.

ОСНОВНАЯ ПРОБЛЕМА: МОБИЛЬНОСТЬ

Главное внимание в текущих разработках IEEE 802 в области беспроводных сетей уделяется мобильности. Тон задают городские сети (802.16). Стандарт 802.16e «Мобильность» уже утвержден и может решительно изменить нашу жизнь: в будущем широкополосный доступ в Internet станет возможен отовсюду, даже из быстро движущихся объектов — из автомобилей или поездов. При этом важнейшей функцией является эстафетная передача соединений (Handoff, или Handover) — ее наличие гарантирует бесперебойную эксплуатацию устройств. Рабочая группа 802.21 MIHS (Media Independent Handover Services — услуги эстафетной передачи соединения независимо от среды) рассматривает вопрос мобильности пока в общем виде. Беспрепятственный переход следует обеспечить также между различными технологиями.

Группа 802.22 (Wireless Regional Area Networks, WRAN) занимается беспроводными региональными сетями: благодаря цифровизации наземного телевидения (Digital Video Broadcasting-Terrestrial, DVB-T) освобождаются диапазоны частот, хорошо подходящие для мобильных приложений, работающих вне зоны видимости (non Line of Sight, nLoS). Поэтому, очевидно, стоит задуматься над тем, чтобы воспользоваться этими частотами для передачи данных. Конечно, при обсуждении мобильности нельзя обойтись без важнейшей группы — 802.11 WLAN (Wireless LAN — беспроводные сети), ее главнейшая задача — окончательное утверждение стандарта быстрого беспроводного Ethernet (IEEE 802.11n, Wireless Fast Ethernet).

БЕСПРОВОДНЫЕ ГОРОДСКИЕ СЕТИ

Группа IEEE 802.16 BWA (Broadband Wireless Access — беспроводной широкополосный доступ) особенно активно работает в области мобильных радиосетей. В 2002 г. были стандартизованы микроволновые системы для соединений в прямой зоне видимости, а два года спустя — необходимый для мобильной работы режим nLoS, включенный в свод документации за 2004 г. Теперь все внимание сосредоточено на стандарте мобильности 802.16e. Он утвержден в ноябре 2005 г. и находится в стадии реализации. Производители устройств стандарта 802.16 (базовых станций и оборудования для установки в помещении пользователя —Customer Premises Equipment, CPE) продемонстрировали совместимость устройств 802.16-2004 на форуме WiMAX, и теперь ничто не мешает развертыванию сетей стандарта 802.16 — конечно, при условии решения проблемы с лицензированием.

Вопросы конкуренции с рабочей группой 802.20 MBWA (Mobile Broadband Wireless Access — мобильный широкополосный беспроводной доступ) также сняты с повестки дня. Эту группу в соответствии с уставом IEEE 802 вообще нельзя было создавать, и теперь она расформирована.

Однако соперничество с рабочей группой 802.22 WRAN (Wireless Regional Area Networks — беспроводные региональные сети) идет только на пользу, поскольку обе группы заинтересованы в возможном освобождении диапазона частот телевидения. Разделение полномочий следующее: диапазон частот телевидения отдан группе 802.22, однако она по возможности должна применять технологию, совместимую со стандартом 802.16.

БЕСПРОВОДНЫЕ ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ

В радиообласти в целом доминирует рабочая группа 802.11 WLAN, которая в редакции 2003 г. описала лишь сравнительно низкие скорости (см. Рисунок 6). Более быстрые технологии, такие, к примеру, как 802.11g, специфицированы в отдельных документах. В дальнейшем были утверждены следующие стандарты:

  • 802.11e — качество услуг (Quality of Service, QoS);
  • 802.11f — протокол взаимодействия точек доступа (Inter-Access Point Protocol);
  • 802.11h — управляемый спектр для 802.11а (Managed Spectrum for 802.11a);
  • 802.11i — усовершенствованная защита (Enhanced Security).

В группе 802.11 наиболее активно обсуждается тема пропускной способности, а не мобильности: сегодня почти каждый производитель компонентов стандарта 802.11 предлагает интерфейсы с поддержкой скорости свыше 100 Мбит/с. К сожалению, это нестандартные решения, разработанные самостоятельно. Теперь удалось найти компромисс, и все смогут двигаться в одном направлении. Благодаря ему появление стандарта в данной области не за горами, и уже в этом году он будет готов:

  • 802.11n — Высокая пропускная способность (High Throughput).

Наряду с пропускной способностью важной темой для IEEE 802.11 является мобильность. В этой области группы работают над следующими проектами:

  • 802.11p — доступ из транспорта (Vehicular Access);
  • 802.11r — быстрый роуминг (Fast Roaming);
  • 802.11s — ячеистые сети (Meshed Networks).

Выпуска новых стандартов следует ожидать от рабочих групп 802.11u-802.11w: они получили задания на стандартизацию и сейчас находятся на пути к своим первым проектам:

  • 802.11u — разрабатывает решения для беспроводного взаимодействия с внешними сетями (Wireless Interworking with External Networks);
  • 802.11v — определяет функции сетевого управления для радиосетей (Wireless Network Management);
  • 802.11w — занимается защитой управляющих кадров (Protection of Management Frames).

БЕСПРОВОДНЫЕ ПЕРСОНАЛЬНЫЕ СЕТИ

С группой 802.11 тесно сотрудничает группа 802.15 WPAN (Wireless Personal Area Networks — беспроводные персональные сети), которая опирается на стандарт Bluetooth. В данном случае акцент делается не только на увеличение но и на сокращение пропускной способности. Сокращение необходимо для уменьшения потребления электроэнергии и, следовательно, продления времени работы устройств, к примеру, датчиков температуры. Более высокая пропускная способность требуется для беспроводного соединения телевизоров, радиоприемников или компьютеров, находящихся в каком-либо доме.

Тем временем, все исследовательские группы (за исключением пятой — «Рекомендуемая практика для взаимодействия ячеистых сетей в специализированных сетях») завершили работу над своими базовыми стандартами:

  • 802.15.1-2002 — версия IEEE спецификации Bluetooth v1.1;
  • 802.15.2-2003 — рекомендуемая практика по сосуществованию;
  • 802.15.3-2003 — беспроводная персональная сеть со скоростью передачи данных 55 Мбит/с для мультимедийных приложений;
  • 802.15.4-2003 — низкая скорость передачи данных, сверхмаломощная беспроводная персональная сеть.

Сейчас ведутся работы над следующими расширениями:

  • исследовательская группа 1a — обновление до спецификации Bluetooth v1.2;
  • исследовательская группа 3a — «альтернативный протокол физического уровня для поддержки скоростей в каналах по крайней мере в 110 Мбит/с»;
  • исследовательская группа 3b — расширения и обслуживание MAC;
  • исследовательская группа 4a — альтернативный протокол физического уровня для поддержки мобильности, увеличенного радиуса действия и выбора диапазона;
  • исследовательская группа 4b — исправления и дополнения.

В группе 802.15 особым вниманием пользуется направление, занимающееся сверхшироким диапазоном (Ultra Wide Band, UWB). Под UWB понимаются все технологии, рассчитанные на работу в диапазоне минимум 500 МГц или 20% от средней частоты. Типичное значение — 120 конечных устройств на ячейку, должны поддерживаться и трехмерные структуры. Федеральная комиссия связи США уже разрешила использовать UWB в коммерческих целях. На трехметровом расстоянии обеспечивается пропускная способность свыше 500 Мбит/с. Широкой полосой пропускания интересуется исследовательская группа 3а при определении беспроводного интерфейса USB. Кроме того, технология UWB представляет интерес благодаря возможности улучшенной локализации (исследовательская группа 4а) — она позволяет добиться точности в несколько сантиметров. С ее помощью можно реализовать очень интересные приложения: для автоматизации зданий и внутренних помещений, проведения инвентаризации или розыска людей.

Ханс Лакнер — соучредитель консалтинговой компании Qoscom в области ИТ. С 1990 г. он является членом американского комитета по стандартизации IEEE 802.3.

© AWi Verlag