ЧАСТЬ I.
Введение в
беспроводной мир
ГЛАВА 1.
ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ
В МИР БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
С тех пор как Гульельмо
Маркони (Guglielmo Markoni) в 1894 году передал
первый беспроводной радиосигнал
по склону итальянского холма,
беспроводные технологии существенно
изменили способы общения людей
и получения информации. Со времени
появления в 1920-х годах первых
радиоприемников с амплитудной
модуляцией (АМ) до XXI века, к которому
распространились самые разные
беспроводные устройства, технология
очень изменилась, возникли новые
отрасли промышленности, а также
множество новых продуктов и
услуг.
Беспроводные технологии
в наши дни становятся, кроме
всего прочего, серьезным катализатором
экономического роста. К сожалению,
порой новшества в этой сфере
связаны с неясностями и вызывают
многочисленные вопросы. Современная
деловая и техническая пресса
повторяет сотни и сотни новых
терминов и аббревиатур: CDMA (Code Division
Multiple Access — технология с кодовым
разделением каналов), GSM (Global System for
Mobile Communications — глобальная система
для мобильных коммуникаций), TDMA
(Time Division Multiple Access — множественный
доступ с разделением по времени),
802.11, WAP (Wireless Application Protocol — протокол
беспроводных приложений), 3G (третье
поколение), GPRS (General Packet Radio Service — услуга
пакетной передачи данных), Bluetooth, i-mode и
т.п. Широчайший выбор новых технологий
вполне может смутить и индивидуальных,
и корпоративных пользователей. Возникают
совершенно естественные вопросы: будут
ли все эти технологии мирно сосуществовать?
Не исключают ли они друг друга? Доступны
ли они повсеместно?
Обилие новых беспроводных
технологий и услуг говорит
о том, что революция в этой
области только начинается. В
обозримом будущем нам предстоит
наблюдать очень быстрый рост
рынка беспроводных устройств
и услуг. К 2004 году у миллиарда
людей во всем мире будут
сотовые телефоны: количество пользователей
с 2000 года увеличивается более
чем на 100% ежегодно (рис. 1.1).
Перспективы развития
других рынков беспроводных технологий,
таких как беспроводные локальные
сети (LAN — Local Area Networks) и Bluetooth, впечатляют
не меньше. В соответствии с
исследованием, выполненным компанией
IDC (International Data Corporation), рынок беспроводного
оборудования для LAN вырос в
2000 году на 80% и будет расти
еще более стремительно, поскольку
беспроводные сети планируется
устанавливать в аэропортах, отелях,
университетах и корпоративных
зданиях (рис. 1.2).
Прогноз развития Bluetooth,
беспроводной технологии ближнего
действия (в радиусе 10 м), предназначенной
для взаимосвязи таких устройств,
как принтеры, PDA (Personal Digital Assistant —
карманный компьютер), компьютерные
клавиатуры и сотовые телефоны,
также весьма оптимистичен (см. рис.
1.3). К 2005 году в мире будет
около миллиарда устройств со
встроенными возможностями Bluetooth-связи,
согласно исследованиям компании
Cahner's In-Stat Group. Все это означает, что,
несмотря на колоссальный прогресс
беспроводной технологии за 20 прошедших
лет, основное ее развитие ожидает
нас в будущем.
История развития
беспроводных технологий
Чтобы лучше представлять
себе перспективы развития беспроводного
рынка, надо проследить историю
его возникновения и развития.
История беспроводных
технологий берет свое начало
в конце XIX века, когда
получил свое развитие телеграф Маркони.
Запатентованная в 1896 году в Англии, эта
технология обеспечивала передачу радиоволн
без проводов на большие расстояния. Однако
телеграф Маркони мог передавать только
точки и тире азбуки Морзе, а не живой голос.
На первом этапе его применение было ограничено
связью «корабль-корабль» или «корабль-берег».
После того как изобретение
телеграфа продемонстрировало потенциал
беспроводной связи, компании
и индивидуальные пользователи
стали активно искать аналогичные
способы передачи голоса. Повторяя
успех Маркони, американский изобретатель
Реджинальд Фессенден (Reginald Fessenden) осуществил
первую полноценную радиотрансляцию в
1906 году — с этого момента мы уже можем
говорить о технической революции.
В 1920 году такие
компании, как General Electric (GE), AT&T и
вновь созданная Radio Corporation of America
(RCA) включились в создание беспроводной
индустрии — АМ-радио. Результаты
были совершенно потрясающими; что-то
похожее наблюдалось лишь семьюдесятью
годами позже в связи с ростом
Internet.
«Казалось, что назавтра
буквально все стали заниматься
радиопередачей — газеты, банки,
государственные учреждения, общественные
организации, университеты и колледжи,
аптеки и больницы», — вспоминает
Том Льюис в своей книге
«Воздушная империя» (Tom Lewis. Empire of the
Air. — New York Harper Collins, 1991, рр. 162-163).
С ростом радио континента
росла и потребность в радиопередачах
у слушателей. К 1929 году в США было
более 6 млн. радиоприемников, которые
стали новым средством получения
информации. Через 20 лет приемниками
обзавелось уже
25% населения. В те времена
такие темпы роста являли пример
самого быстрого внедрения массовой
технологии (рис. 1.4).
Беспроводные технологии
распространялись, даже несмотря
на глобальную депрессию 1930-х
годов и появление таких новшеств,
как радио с частотной модуляцией
(FM) и телевидение. Вторая мировая
война только ускорила развитие
беспроводной связи, поскольку
военные вкладывали в это значительные
ресурсы.
После Второй мировой
войны развитие беспроводных
технологий массового применения
затормозилось. Ветер перемен
подул только после запуска
советского спутника в 1957 году.
Сразу после этого США и
СССР начали соперничество за
освоение космоса, вкладывая огромные
финансовые и человеческие ресурсы
в новые космические технологии.
Однако связь с космическими кораблями
требовала современных беспроводных коммуникационных
систем, и на их создание были брошены
немалые силы. Это оказало существенное
влияние на будущее беспроводных систем.
1970-е годы: первые
беспроводные сети
Первые беспроводные
телефонные системы появились
в США в 1970-е годы. Основанные
на технологии, разработанной в
лабораториях Белла компании
АТ&Т, эти системы были аналоговыми,
работали в ограниченном диапазоне
частот и могли одновременно
обрабатывать только небольшое
число вызовов. Их использовали
в основном для обеспечения
безопасности и усиления силовых
структур. Основной недостаток таких
систем состоял в том, что они не могли
поддерживать связь непрерывно при перемещении
абонента от одной базовой станции к другой
(см. Sami Tabane. Handbook of Mobile Rаdiо Networks. — Boston: Artech,
2000, р. 206).
Потребность в мобильной
передаче голоса непрерывно росла в
течение 1970-х годов; нужны были новые
методы, которые обеспечили бы одновременную
работу большого числа пользователей
в одной «соте» и мобильность
между «сотами».
Располагая «соты»
в пределах одного километра
друг от друга, операторы создали
системы, которые впервые смогли
передавать звонок из одной
«соты» в другую при том,
что абонент движется, не прерывая
разговора. Первую систему типа
AMPS (Advanced Mobile Phone Service — услуга развитой
мобильной телефонии) создала
компания АТ&Т в Чикаго в
1979 году. Аналогичные системы были
развернуты в Европе и Японии
в начале 1980-х годов. Сегодня
мы говорим о таких сетях
как о первом поколении сетей
мобильной связи.
Сети первого поколения
не раскрывали весь потенциал
беспроводных технологий. Довольно
быстро потребность в мобильной
связи стала превышать имеющуюся
полосу пропускания, что пришло
к потере соединения. В 1981 году
сотовая сеть Нью-Йорка могла
одновременно обслуживать только
24 абонента, поэтому общая база
абонентов была ограничена 700 пользователями.
Подобное ограничение приводило
к тому, что мобильная связь
была доступна только небольшой
группе «избранных». Кроме того,
первые мобильные телефоны были
крупногабаритными и весьма тяжелыми.
Тем не менее интерес к мобильной
телефонии постоянно рос, и
сетевые операторы стремились
модернизировать свои сети, чтобы
удовлетворить повышенный спрос
(см. James В. Murray. Wireless Nation. — Cambridge, Massachusetts:
Perseus Publishing, 2001, р. 19).
Самой большой помехой
на пути дальнейшего развития сети
была легитимность частоты. Изначально
правительства разных стран планировали
использовать радио для военных
целей и обеспечения безопасности.
Как беспроводной спектр регулировался
государством, для общества оставалось
тайной. Сталкиваясь со стремительным
развитием беспроводных технологий
во всем мире, правительственные круги
были вынуждены разрабатывать правила
выделения беспроводного спектра
для его использования широкими
слоями населения.
В 1980-е годы США
и остальные страны мира приняли
разные стратегии распространения
новых беспроводных сетей. В
Европе и Азии было решено
развивать единый стандарт беспроводной
передачи голоса (Global System for Mobile communications
— GSM), а в США действовали
конкурирующие стандарты. Эта
ситуация будет подробно обсуждаться
в следующем разделе. В то
время на существование двух
принципиально разных путей развития
не обращали внимания ни политики,
ни технологи. Только в XXI веке
разница стратегий проявилась
в полной мере, поскольку из
за повсеместного распространения
мобильной связи возникла потребность
в глобальной беспроводной сети.
К сожалению, оказалось, что быстро решить
возникшие проблемы не удастся.
1980-е годы: рынок
услуг беспроводной связи начинает развиваться
Ввиду несомненного
успеха систем AMPS правительство
США столкнулось с необходимостью
выделить дополнительный ресурс
радиочастотного спектра для
беспроводных коммуникаций. Перед
американской Федеральной комиссией
по телекоммуникациям (Federal Communications
Commission, FCC) была поставлена задача выработать
процедуру лицензирования радиоспектра
для удовлетворения запросов рынка. Весной
1981 года FCC огласила свое намерение выделить
полосу частот в 40 МГц в главных промышленных
и городских регионах США. Это был очень
существенный шаг в плане развития коммуникационной
емкости. Такая полоса спектра давала
возможность организации 666 каналов сотовых
коммуникаций в каждом регионе. По сравнению
с имеющимися до тех пор 44 каналами это
был настоящий «квантовый скачок» в сторону
увеличения емкости (см. James 3. Murray. Wireless
Nation. — Cambridge, Massachusetts: Perseus Publishing, 2001, р.
25). Изначально FCC стремилась обеспечить
мобильной сотовой связью крупные города
США, но в конечном счете такая сеть должна
была охватывать все 300 промышленных регионов
страны.
Чтобы создать конкуренцию
на рынке, FCC выдала по две лицензии
на каждый участок: одну —
местной телефонной компании, другую
— беспроводной компании. Что
не менее важно, FCC изначально
не обращала никакого внимания
на техническую сторону: победитель
на аукционе лицензий мог развертывать
сеть на основе любой технологии.
Подобное решение очень характерно для
политики невмешательства в экономику
администрации Рональда Рейгана (Ronald Reagan).
Кроме того, здесь сказался и недавний
правительственный антимонопольный раздел
компании АТ&Т.
По мнению FCC, наличие
двух операторов в каждом регионе
гарантировало конкуренцию на
телекоммуникационном рынке и
препятствовало появлению национального
монополиста сотовой связи. После
раздела АТ&Т в 1982 году стало
ясно, что беспроводной рынок
будут создавать несколько новых
игроков, но уж никак не АТ&
Т. Эта фирма даже не участвовала
в первом аукционе лицензий
на частоты, оставив рынок открытым
для новых предпринимателей. Когда
в 1993 году АТ&Т все же вышла
на рынок сотовой связи благодаря
приобретению компании McCaw Cellular, это
стоило ей более 12 млрд. долларов.
С 1983 года FCC начала
выдавать лицензии на разворачивание
сетей в основных регионах
США. В октябре того же года
Ameritech — одна из семи компаний,
образовавшихся после раздела
АТ&Т, запустила первую коммерческую
систему сотовой связи в Чикаго
и очень быстро привлекла 3000
абонентов (см. James В. Murray. Wireless Nation. —
Cambridge, Massachusetts: Perseus Publishing, 2001, р. 70). Первые
сети были аналоговыми; благодаря вышеупомянутой
политике невмешательства со стороны
FCC развитию совместимых сетей практически
не уделялось внимания.
В Европе рынок мобильной
телефонии развивался совершенно
иначе. В самом начале 1980-х годов
европейские правительства вырабатывали
специальную политику для европейского
беспроводного рынка. В то время
европейский телекоммуникационный
рынок отличался от американского
по целому ряду ключевых параметров,
что в конечном счете привело
к формированию стратегий развития,
абсолютно не схожих с принятыми
в США:
• государственные
телефонные монополии предоставляли местную и дальнюю
телефонную связь в большинстве западноевропейских
стран. Конкуренция была минимальной.
Хотя некоторые попытки приватизации
и предпринимались (особенно в Великобритании),
чаще всего на страну приходился только
один телефонный оператор. Ситуация в
корне отличалась от США, где после разделения
телефонной монополии АТ&Т на части
рынок беспроводной связи формировали
совершенно новые компании. На европейском
рынке в отсутствие конкуренции только
традиционные телефонные операторы имели
средства и возможности создания новых
беспроводных систем.