Оборудование с возможностью беспроводной передачи данных на рынке давно уже не редкость, и его спектр достаточно широк. Другое дело, что немалая его доля несовместима с аналогичными устройствами других производителей. В то же время стандартизация позволяет не только избежать проблем с совместимостью, но и снизить стоимость конечных продуктов за счёт применения стандартных компонентов и подходов к его производству.

Классификация беспроводных технологий по масштабам зон радиопокрытия

В связи с этим наибольшее распространение получили технологии, основанные на взаимосвязанной иерархии протоколов, разработанной IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). В соответствии с её принципами все беспроводные сети сегодня принято делить на четыре типа: персональные WPAN (Wireless Personal Area Network), локальные WLAN (Wireless Local Area Network), городские WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) и глобальные WWAN (Wireless Wide Area Network).

Персональные беспроводные сети получили широкое распространение сравнительно недавно, и, пожалуй, наибольшую роль в их популяризации сыграла технология Bluetooth. Сети WPAN находят широкое применение дома и в офисе для организации взаимодействия манипуляторов, клавиатур, КПК, мобильных телефонов с компьютером или между собой. Устройства в WPAN используют слабомощные передатчики, что исключает проблемы электромагнитной совместимости, обычно радиус действия такого оборудования не превышает 100 м. В настоящий момент идёт активное развитие стандартов Wireless IEEE1394 (FireWire) и особенно Wireless USB, которые должны поднять планку пропускной способности для WPAN до 480 Мбит/с.

Бурному развитию беспроводных локальных вычислительных сетей способствовало создание в своё время некоммерческой организации разработчиков Wi-Fi Alliance, в задачи которой входит сертификация устройств радиодоступа на соответствие стандартам 802.11a/b/g. Это автоматически сняло проблемы с совместимостью оборудования, и сети Wi-Fi постепенно стали применять при реализации различных проектов, в том числе и в Украине (см. PC Week/UE, №15 / 2005, с. 26).

Отдельная Wi-Fi-точка доступа позволяет организовать соединения точка-многоточка на расстояниях порядка нескольких сотен метров. Следовательно, с помощью нескольких точек доступа вполне можно покрыть здание офиса. Впрочем, есть несколько примеров использования Wi-Fi для покрытия целых городов, но это частные случаи, и причиной стало отсутствие специализированных стандартов широкополосной передачи данных для покрытия соответствующих масштабов.

Для соединений типа точка-точка применяют радиомосты, в этом случае дальность связи достигает 20–30 км. Сейчас идут работы сразу над двумя новыми Wi-Fi-стандартами — 802.11n с повышенной пропускной способностью и 802.11s для ячеистых сетей.

Именно WiMAX должен занять место стандарта для сетей WMAN. Насколько желаемое совпадёт с действительным — покажет время, пока только начинается развёртывание первых сетей. Некоторые компании уже представили свои чипы для построения на их основе устройств для WiMAX. В их числе — Intel с набором микросхем PRO/Wireless 5116 (кодовое название Rosedale), Fujitsu-Siemens, Wi-LAN.

Пожалуй, наиболее туманно пока будущее стандарта 802.20 для мобильных сетей WWAN с инфраструктурой соединений типа точка-многоточка для движущихся со скоростью до 250 км/ч абонентов. Появления первой версии 802.20 стоит ожидать не ранее 2006 года. Очевидно, что 802.20 во многом повторяет 802.16е, поэтому сейчас очень сложно сказать, какой из этих стандартов сумеет занять лидирующие позиции либо они оба будут сосуществовать одновременно, дополняя друг друга. Ситуацию ещё более запутывает то обстоятельство, что стандарты сотовой связи третьего поколения тоже вполне можно отнести к категории WWAN.

WiMAX вчера и сегодня

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) — это основанная на стандартах технология обеспечения высокоскоростных широкополосных соединений. В первую очередь она призвана решить проблему “последней мили” и упростить доставку широкополосного интернета в дома и на предприятия. Если успевшие уже получить распространение Wi-Fi-стандарты (802.11a, b и g) предназначены для локального использования — обеспечения беспроводной связи в офисах или открытия публичных хот-спотов, то WiMAX способен покрывать целые города или сельские районы, где очень сложно и невыгодно строить кабельную инфраструктуру.

Развитие стандартов WiMAX берёт своё начало с конца 2001 года, когда впервые создали спецификацию 802.16 беспроводных широкополосных соединений с инфраструктурой типа точка-многоточка для диапазона частот 10–66 ГГц. Стандарт обеспечивал очень высокую скорость передачи данных — до 134 Мбит/с, однако требовал наличия прямой видимости между антеннами оператора и абонента и обеспечивал радиус радиопокрытия не более 5 км. Кроме того, он использовал лицензированный спектр частот, что ощутимо усложняло его внедрение. С выходом через год несколько доработанной версии, 802.16с, некоторые компании даже поспешили выпустить в продажу свои линейки WiMAX-оборудования, однако о сколько-нибудь серьёзном внедрении этого стандарта в то время речь не шла — стандарты 802.16 всё ещё требовали основательной коррекции.

О WiMAX широко заговорили, когда ряд крупнейших в индустрии компаний организовали WiMAX Forum для разработки новых версий спецификаций стандартов 802.16 и их продвижения на рынок. Результаты не заставили себя долго ждать, и уже в начале 2003 года появилась спецификация 802.16а, включающая множество поправок и дополнений к первым версиям 802.16. Прежде всего, 802.16а допускала использование диапазона частот 2–11 ГГц, который содержит не только лицензируемые, но и свободные от лицензий частоты. Более того, переход на пониженные частоты позволил организовывать связь даже в условиях отсутствия прямой видимости.

Версия 802.16а добавила в протокол передачи данных три новых физических уровня: с одной поднесущей, c 256 поднесущими FFT OFDM (Fast Fourier Transform Orthogonal Frequency Division Multiplexing) и с 2048 поднесущими FFT OFDMА. Примечательно, что технология ортогонального мультиплексирования с разделением частот OFDM с 256 поднесущими лежит также в основе стандарта HiperMAN (High Performance Radio Metropolitan Networks), разрабатываемого ETSI (European Telecommunications Institute). Это стало первым шагом на пути к обеспечению совместимости продуктов различных производителей.

Дополненный поправками стандарт 802.16а стал ощутимо универсальнее и поэтому пригоден для использования на территории различных стран. Он позволяет организовывать каналы с различной пропускной способностью и, таким образом, занимать различные области частотного спектра, доступные в том или ином регионе. 802.16а поддерживает дуплекс с временным (TDD — Time Division Duplexing) и частотным (FDD — Frequency Division Duplexing) разделением. В первом случае одна антенна попеременно принимает и передаёт сигнал, во втором случае одновременно работают две антенны на разных частотах — одна на передачу, вторая на приём. Также версия 802.16а добавляет расширения в уровень среды передачи МАС (Media Access Control) и привносит функциональность QoS (Quality of Service).

В прошлом году увидели свет обновлённые версии стандарта — 802.16d, а вслед за ней 802.16-2004. С принятием 802.16-2004 предыдущие варианты спецификаций 802.16а и 802.16d утратили свою силу. 802.16-2004 — это всё ещё фиксированная версия WiMAX, предполагающая взаимодействие с неподвижными абонентами в сети. Диаграмма направленности антенны базовой станции (БС) состоит из четырёх лепестков, каждый из которых закрывает свой сектор пространства. В результате пиковая пропускная способность в каждом из четырёх секторов равна 18,7 Мбит/с, что в сумме составляет 75 Мбит/с. В густонаселённых городских территориях радиус действия одной БС лежит в пределах от 2 до 10 км, в редконаселённых он может достигать 50 км. Пропускной способности одной БС вполне достаточно для обеспечения одновременной работы более чем 60 корпоративных пользователей с Т1/Е1-подключениями и сотен DSL-подключений для рядовых потребителей.

В настоящее время оборудование стандарта 802.16-2004 использует диапазон частот 3400–3600 МГц, после 2006 года станут доступны ещё два диапазона — 2500–2690 МГц и 5725–5850 МГц. Ширина радиоканала может составлять 1,7 МГц, 3,5 МГц, 5 МГц, 7 МГц или 10 МГц. Если добавить сюда ещё два возможных дуплексных режима и различные допустимые виды модуляции, становится понятно, что проблему совместимости оборудования различных производителей ещё только предстоит решать. Впрочем, WiMAX Forum уже потребовал применять при передаче данных исключительно технологию OFDM с быстрым преобразованием Фурье по 256 позициям. Вариант с одной поднесущей исключён по причине невозможности организации на его основе связи за пределами зоны прямой видимости, а с 2048 поднесущими — по причине его большой сложности.

В любом случае производителям ещё только предстоит сертифицировать своё оборудование на соответствие стандарту 802.16-2004. WiMAX Forum принял решение проводить её волнами в рамках отдельно взятого частотного диапазона. Первый на очереди — диапазон 3,5 ГГц: для него, в свою очередь, существует четыре профиля. Компаниям — претендентам на сертификацию предстоит создавать тройки, внутри которых доказывать совместимость своего оборудования.

Хотя ситуация вокруг 802.16-2004 ещё не совсем ясна, уже поговаривают о мобильной версии WiMAX — 802.16е. В частности, представители Intel обещают в 2007 году появление ноутбуков с интегрированными WiMAX-модулями. Ещё через два года в сетях 802.16е смогут работать КПК и мобильные телефоны. Если всё действительно так и произойдет, не исключено, что WiMAX сможет составить ощутимую конкуренцию сетям сотовой связи третьего поколения. Хотя это — довольно отдалённая перспектива, и строить сколько-нибудь точные прогнозы пока рано.