Технологии Связи и Internet

Важно, что для ее запуска от оператора сети GSM не потребуется значительных усилий по модернизации инфраструктуры основной сети.

GPRS – это протокол пакетной передачи данных, теоретически достижимая скорость которого составляет 171,2 Кбит/с, хотя в ближайшее время вряд ли стоит ожидать достижения скоростей более 111 Кбит/с. Но даже эта скорость способна в корне перевернуть наши представления о мобильной связи, ведь она в несколько раз выше той, которую можно получить по обычной телефонной линии с использованием модема. Не всякий офис, подключенный к Интернету по выделенной линии, имеет такой канал. Очень характерная особенность GPRS состоит в том, что, будучи службой коммутации пакетов, она не использует понятие соединения. Мобильный абонент в любой момент может принять или отправить пакет, при этом оплата взимается не повременно, а за объем трафика. Первые коммерческие службы GPRS были запущены в мире еще в 2000 году. Однако, несмотря на такие потрясающие возможности, GPRS отпущен не слишком долгий век. На смену ей идут технологии следующего поколения.

CDMA, IS-95

CDMA (Code Division Multiple Access) – полностью цифровая технология мобильной связи, использующая пакетную передачу данных в диапазонах частот 824 – 849 и 874 – 899 МГц. CDMA – хороший пример того, что все новое – это хорошо забытое старое. Ее теоретическая база возникла еще в 30-е годы. После войны она использовалась в военных системах связи как у нас, так и в США, и вот теперь нашла гражданское применение. Ключевая особенность CDMA состоит в способе разделения канала связи между абонентами и базовой станцией соты, что и нашло отражение в его названии. Этот способ значительно экономнее других стандартов использует радиочастотные ресурсы и, как следствие, может поддерживать большую плотность абонентов. Первые сети CDMA уже появились в России. Однако государственная политика в области средств связи пока направлена на сдерживание их развития. В течение нескольких лет лицензии на создание сетей CDMA вообще не выдавались, уже сейчас они выдаются, но со странным ограничением – без права использования мобильными абонентами. Этим не допускается полноценная конкуренция сетей CDMA с другими сетями мобильной связи, поддерживающими связь в движении.

Техническая реализация CDMA определена стандартом IS-95. Из интересных особенностей можно отметить использование для синхронизации станций сигналов спутников глобальной системы позиционирования (GPS). Одно из его главных достоинств – за счет пакетного режима передачи данных можно одновременно поддерживать телефонный разговор и передачу данных для работы в Интернете. Правда, IS-95 обеспечивает скорость доступа лишь 14,4 Кбит/с, что значительно меньше, чем GRPS, однако это лишь первый шаг в линейке более производительных стандартов.

CDMA2000

Дальнейшим развитием технологии CDMA являются стандарты CDMA2000 и W-CDMA. CDMA2000 – стандарт, основанный на IS-95. Фактически, он является переходным стандартом и будет впоследствии заменен на W-CDMA. Основная его задача – расширение существующих сетей CDMA и обеспечение, таким образом, плавного перехода к сетям третьего поколения.

Внедрение CDMA2000 предусматривает две фазы – 1Х и 3Х. Спецификация фазы 1Х готова и опубликована Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (Telecommunications Industry Association, TIA). Она должна обеспечить скорость передачи данных до 144 Кбит/с. Подготовка спецификации фазы 3Х со скоростями до 2 Мбит/с находится в завершающей фазе.

UMTS, W-CDMA

Европейский институт по стандартам в области электросвязи (ETSI, European Telecommunications Standard Institute) уже принял стратегическое решение, регламентирующее основные направления развития нового стандарта на радиоинтерфейс для европейских систем подвижной связи третьего поколения (UMTS, Universal Mobile Telephone Service). Этот стандарт получил название UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). В основе нового стандарта лежат следующие технологии радиодоступа: Wideband CDMA (W-CDMA) и TD/CDMA. Предполагается, что итоговая спецификация будет поддерживать глобальный роуминг, высокоскоростную передачу данных, в том числе передачу видеоматериалов стандартного качества и др. Перспективы этого проекта можно оценить уже на основе того факта, что для передачи данных между узлами W-CDMA будет применяться технология АТМ, причем коммутаторы АТМ будут входить в состав узлов.

Испытания экспериментальной системы W-CDMA успешно прошли в Японии. А в корпорации NEC уже разработан мобильный телефон IMT-2000 стандарта W-CDMA. Пока он существует только в виде прототипа и представляет собой комбинацию мобильного телефона и визуального блока. По заявлению NEC, этот телефон оптимально подходит для работы в новых беспроводных сетях третьего поколения. Он может осуществлять обмен информацией в мобильных сетях со скоростью 384 Кбит/с и в фиксированных сетях со скоростью 2 Мбит/с. Визуальный блок состоит из небольшой ПЗС-камеры, микрофона и двухдюймового ЖК-дисплея. В блоке для сжатия звука и видео используется технология MPEG-4 Audio/CELP.

Спутниковая телефония

Следующее по масштабам направление после различных систем сотовой связи – спутниковая связь. Главным преимуществом мобильной спутниковой связи является глобальный роуминг. Где бы вы ни находились, вы всегда на связи. Главная же проблема спутниковой связи – задержка, связанная с большим расстоянием, которое проходит сигнал. Эту проблему удается решить запуском группировки низколетящих спутников, что обходится очень дорого. В составе провалившегося проекта Iridium было 66 спутников, которые в ближайшее время начнут сводить с орбит. Причиной провала стала непомерно высокая цена как на сами аппараты, так и на услуги связи. Но свято место пусто не бывает. Уже появилась новая система – Globalstar. Ее услуги обходятся заметно дешевле, но она имеет меньшую орбитальную группировку – 48 спутников и обеспечивает зону покрытия только в пределах до 70 широты. Снизить расходы на спутниковую связь позволяет ее интеграция с GSM. Как только абонент попадает в зону приема GSM, телефон автоматически переключается на нее. Возможности передачи данных у этих систем примерно такие же, как у GSM. Есть возможность получать короткие текстовые сообщения (в том числе по электронной почте), но скорость передачи данных невысока – всего 2400 бит/с, что, впрочем, компенсируется возможностью доступа почти в любом уголке Земли.

DECT

Однако вернемся с орбиты и из дальних путешествий. На противоположном конце спектра мобильной телефонии находится стандарт микросотовой связи DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Он предназначен для обеспечения мобильной связью сотрудников предприятия на его территории. Широко распространенные бытовые радиотелефоны не слишком удобны в большой фирме, поскольку перестают работать вдали от своей базы. Пользоваться же услугами сетей GSM для внутрипроизводственных целей дорого. Стандарт DECT позволяет охватить всю территорию учреждения или промышленного предприятия единой микросотовой сетью. При этом микросоты DECT имеют далеко не микроскопический размер. В условиях прямой видимости диаметр соты может достигать 5 км. Еще одно преимущество DECT – совместимость с ISDN. Если соединить между собой удаленные базовые станции DECT, то два разнесенных офиса получат единое микросотовое пространство. Очень важное достоинство DECT – его способность поддерживать значительно большую плотность абонентов, чем это возможно в сетях GSM и даже CDMA. Для удобства пользователей выпускаются телефоны, поддерживающие и GSM, и DECT. Как только абонент выходит из зоны обслуживания системы на базе DECT, радиотелефон автоматически переключается в стандарт GSM.

Наиболее активно решения на базе DECT продвигает компания Alcatel. И хотя DECT прежде всего ориентирован на телефонию, он может представлять интерес для заказчиков, которые помимо телефонии испытывают потребность в мобильной передаче данных.

FLEX/POCSAG

Немного особняком от всех рассмотренных протоколов стоит разработанный фирмой Motorola протокол пейджинговой связи FLEX, обеспечивающий как прием, так и передачу данных. Основным достоинством этого протокола является относительно высокая скорость передачи данных – 1600, 3200 и 6400 бит/сек (что существенно выше, чем у старого протокола POCSAG, который, в частности, очень распространен в России). Протокол FLEX открывает дополнительные возможности для пейджеров, которые в ближайшее время превратятся в многофункциональные устройства связи, способные получать и отправлять голосовые и факсимильные сообщения, передавать данные, осуществлять финансовые операции. А если учитывать возможность интеграции пейджеров с мобильными компьютерами (например, с палмтопами), то этот протокол может представлять большой интерес для корпоративных пользователей, ориентированных в основном на одностороннюю передачу данных.

VoIP

Обычные телефонные сети основаны на принципе коммутации каналов. Это означает, что при телефонном вызове на узлах связи по пути от одного абонента к другому производится операция коммутации, в результате которой между абонентами временно формируется прямой канал передачи данных. Причем, на всех участках пути для этого канала на время его существования резервируются передающие мощности, которые неизбежно часть времени простаивают, поскольку в любом разговоре довольно много времени приходится на паузы.

При подключении к коммутируемой телефонной сети группы абонентов – будь то дом или офис – для них резервируется определенное количество линий, которое ограничивает число одновременно ведущихся разговоров. Если по этим линиям передавать не аналоговый голосовой сигнал, а сжатый оцифрованный звук, то количество одновременных разговоров увеличивается в 3-4 раза. Этот результат легко получить из тех соображений, что по обычной телефонной линии можно передавать данные со скоростью до 33,6 Кбит/с, а для передачи голоса с приемлемым качеством достаточно пропускной способности 8 Кбит/с. Основные технические проблемы, которые приходится решать авторам таких программ, связаны с пакетной организацией передачи информации через Интернет и отсутствием гарантированного времени доставки отдельных пакетов. Не первый взгляд кажется, что для передачи голосового трафика удобнее всего использовать протокол TCP, гарантирующий доставку информации. Однако на практике это невозможно, поскольку этот протокол в случае задержки приема одного пакета будет его ждать и не станет обрабатывать следующие. В результате в передаче голоса возникнут задержки и разрывы. Поэтому современные алгоритмы голосовой связи работают на основе протоколов более низкого уровня – IP и UDP. При этом информацию о звучании в течение нескольких долей секунды стараются «размазать» по нескольким смежным пакетам. Если какой-то пакет опаздывает, то он просто игнорируется, и если потери не становятся массовыми, это лишь незначительно сказывается на качестве звукопередачи.

Эти принципы положены в основу стандарта Н.323, определяющего передачу видео и аудио по сетям с негарантированным качеством услуг, таким как Ethernet и IP. Этот протокол поддерживается Международным консорциум по мультимедийным конференциям (International Multimedia Teleconferencing Consortium, IMTC), в состав которого входит форум VoIP (Voice over IP), объединяющий группу из 40 производителей, среди которых Cisco, Microsoft, Nortel, Nuera, VocalTec и VoxWare. Протокол Н.323 описывает аудио- и видеокодеки (кодеры/декодеры), коммуникационные протоколы и синхронизацию пакетов. Первоначально стандарт предназначался для рынка видеоконференций в качестве альтернативы ISDN. О своей поддержке Н.323 заявляет все больше компаний.

Собственно, в голосовом общении через Интернет нет ничего принципиально нового. Соответствующие программы для ПК появились уже несколько лет назад. Однако для пользования ими у обоих абонентов должны стоять полностью оснащенные мультимедийные компьютеры, причем с одинаковыми программами передачи голоса. Это нетрудно обеспечить любителям, но не годится для бизнес-коммуникаций. Поэтому главная задача, стоящая на повестке дня перед IP-телефонией, – интеграция с обычными телефонными сетями. Именно эту задачу и призваны решить протоколы H.323 и связанный с ним протокол телефонной сигнализации. Последний определяет взаимодействие между собой программно-аппаратных шлюзов, отвечающих за то, чтобы голосовой трафик, передаваемый по цифровым IP-сетям, мог поступать на обычные телефонные аппараты. К сожалению, на настоящий момент шлюзы и клиентское программное обеспечение являются по большей части нестандартными. Если оба компонента не представлены одной компанией, то, скорее всего, вы не сможете использовать IP-телефонию для звонка другому абоненту.

Тем не менее, уже сегодня для ПК производятся специализированные платы шлюза «речь–IP–сеть». Цифровой сигнальный процессор (DSP) такой платы реализует алгоритм сжатия речи (CODEC) по протоколу G.721 или G.729 с задержкой речевого сигнала не более 55 мс. Стоимость таких плат колеблется в районе $300–400.

Заключение

С момента возникновения самых первых технологий связи перед людьми всегда стояла дилемма: что предпочесть - передачу сообщений (пакетов) или установление соединений (каналов). У каждого способа есть достоинства и недостатки. Сама природа электротехники подвигает к канальной технологии (помните, "электроника - наука о контактах"). Поэтому первые телефонные сети были построены на коммутации каналов - сначала механической, позднее электронной. Однако в цифровой технике гораздо естественнее и проще реализуются пакетные технологии, работающие по принципу "выстрелил и забыл". Каналы способны обеспечить такие важные свойства, как непрерывность и последовательность приема-передачи информации, а также гарантировать определенный уровень качества связи. В то же время, пакетная передача данных значительно экономичнее, так как не занимает приемопередающие мощности в период, когда нет данных для передачи.

Решить эту дилемму в пользу одного из подходов совершенно невозможно. Положение спасает взаимная дополнительность пакетной и канальной коммутации. Пакеты могут передаваться по надлежащим образом скоммутированным каналам. Например, IP-пакеты передаются по модемному соединению, а ячейки ATM - по оптоволокну. Тем самым базе канальной архитектуры строится пакетная. Обратные примеры - TCP-соединения, реализуемые за счет надлежащего управления IP-пакетами, виртуальные каналы Frame Relay или ATM, реализуемые путем маршрутизации кадров или ячеек.

В современных сетях повсеместно встречается ситуация, когда пакеты или потоки данных одного протокола передаются с помощью каналов или пакетов другого протокола. Порой, если пристально вглядеться, можно легко насчитать десяток, если не больше уровней вложения протоколов. Все это, конечно, приводит к росту сложности сетей и передаче большого количества вспомогательной ("протокольной") информации, однако вместе с тем каждый протокол обеспечивает те или иные важные в конкретных условиях характеристики процесса передачи данных - скорость, надежность, экономичность, совместимость.

Выбор оптимальной конфигурации протоколов при нынешнем их разнообразии представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Нередко для ее решения необходимо участие специальных консалтинговых фирм и фирм-интеграторов. Ситуация еще более осложняется тем, что часть информации о свойствах протоколов и реализующего их оборудования не разглашается фирмами-поставщиками. Именно поэтому столь пристальное внимание уделяется в последнее время открытости технологий.

Определения и термины

Протокол - стандарт, детально описывающий правила взаимодействия устройств или программ в процессе коммуникации между ними. Нередко протоколом называют также программное обеспечение, реализующее такой стандарт.

Прозрачность - свойство среды передачи данных (например, сети), позволяющее взаимодействующим сторонам не принимать во внимание детали технического устройства этой среды. Достаточно, чтобы обе стороны соблюдали единый протокол передачи данных, а среда поддерживала этот протокол.

Маршрутизация пакетов - процедура, выполняемая на узле сети (маршрутизаторе), в ходе которой он принимает решение, по какому из присоединенных к нему каналов связи направить поступивший транзитный пакет.

Коммутация каналов - процедура, выполняемая на узле сети (коммутаторе), в ходе которой устанавливается соединение между двумя каналами связи из числа подключенных к коммутатору.

Мультиплексирование - процедура, выполняемая на узле сети (коммутаторе), в ходе которой несколько потоков данных объединяются в один. Обратная процедура - демультиплексирование.

Шлюз - маршрутизатор или коммутатор, способный работать с разными протоколами и выполняющий преобразование от одного к другому.

Список литературы и Internet-ресурсов

Литература

Журнал «Мир Internet» #10 (49) октябрь 2000

Журнал «Мир Internet» #11 (50) ноябрь 2000

Internet-ресурсы

www.iworld.ru – Сайт журнала «Мир Internet»

www.3dnews – Daily Digital Digest

www.3com – Русскоязычный сайт компании 3Com

www.srcc.msu.su – Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ

www.bilim – Russian Networking Company BiLiM Systems Ltd. (St. Petersburg)

www.citforum – Море(!) аналитической информации

www.wiznet – Компания WIZARD сетевое и телекоммуникационное оборудование, компьютеры и оргтехника.

www.spb-teleport – ЗАО "Санкт-Петербургский ТЕЛЕПОРТ"

www.deltatelecom – DELTA TELECOM

www.sotovik – СОТОВИК. Сотовая связь. Телекоммуникации. База данных. Новости. Аналитика.

www.vestnik-sviazy – Журнал Вестник связи

www.globalstar – GSTRF, Globalstar Global Wireless Satellite Telecommunications Provider