Третье поколение начинается сегодня

Андрей Фильчаков

Введение

WAP — катализатор мобильного Интернета?

     Что такое WAP?

     WAP сегодня и завтра

     Как это работает?

     Технологии на буксире

     3G

Технологии 3G

     GPRS

     EDGE

     Стандарты второго поколения

          GSM

          DCS

          TDMA/IS-136 (D-AMPS)

          PDC

          CDMA/ IS-95

На протяжении последних двух лет тема третьего поколения (3G) мобильной связи является довольно популярной. Но если два года назад о третьем поколении говорили как о некоей абстракции, до которой еще жить и жить, то сегодня акценты в обсуждении 3G сместились в сторону проблем скорейшего внедрения. Такая постановка вопроса стала актуальной благодаря активному одновременному росту популярности услуг мобильной связи и сети Интернет. В качестве примера можно привести существующую сегодня в стандарте GSM услугу передачи коротких сообщений (SMS — Short Message Service), которая пользуется большой популярностью в Европе. Столь активная передача коротких текстовых сообщений означает только одно — пользователи уже потенциально готовы к применению своих сотовых телефонов не только для привычной голосовой связи, но и для обмена данными.

Частичная реализация услуг третьего поколения уже началась и быстро набирает обороты. Здесь уместно выражение: «Аппетит приходит во время еды». Именно такая ситуация складывается сегодня с протоколом WAP, который стал первой ласточкой в дальнейшем развитии систем второго поколения мобильной связи. Подробнее на этом протоколе мы остановимся ниже.

Итак, WAP (wireless application protocol) по своей сути — это набор спецификаций, которые определяют: протокол коммуникаций между сервером приложений и непосредственно клиентом; метод использования специфических функций на терминале (мобильном телефоне) клиента и собственно язык отображения информации для беспроводных приложений — WML (Wireless Markup Language). WAP, как и многие современные стандарты (уже существующие и только находящиеся в разработке), — это открытый стандарт. Иными словами, в разработке WAP принимает участие большое количество компаний (на сегодня членами форума WAP являются практически все ведущие телекоммуникационные компании мира), и, как следствие, спецификации WAP удовлетворяют многим требованиям:

• глобальный стандарт, не зависящий от различных стандартов мобильной связи;

• оптимизирован для узкополосных (сети сегодняшнего дня) сетей;

• оптимизирован для мобильных терминалов с ограниченными способностями, особенно с точки зрения пользовательского интерфейса;

• обеспечивает интеграцию сервиса телефонии и микробраузера.

Форум WAP был основан в 1997 году компаниями Ericsson, Motorola, Nokia и Unwired Planet. В настоящее время членами этого консорциума являются более 250 компаний. Как и во всех крупных административных структурах (например, наша Государственная Дума), решением задач Форума занимаются многочисленные секции и комитеты. Приведем основные направления разработок:

• микробраузеры;

• скриптинг и программирование;

• приложения беспроводной телефонии (WTA — Wireless Telephony Application) и WTA-интерфейс для мобильных устройств;

• формат контента (информационного наполнения) для приложений;

• уровни стека протокола: приложений, взаимодействий, транспортный и безопасности.

Помимо чисто операторских проблем (вроде того, где оптимальнее разместить WAP-шлюз), которые конечному пользователю малоинтересны, в разработках важное место занимает и расширение спектра возможных услуг на основе WAP — это, например, обеспечение полной поддержки смарт-карт для осуществления электронных платежей и реализация сервиса WAP поверх Bluetooth с использованием последней в качестве транспортной технологии, а также конвергенция нынешнего стандарта WML с XHTML (Extensible Hypertext Markup Language).

В итоге открытый стандарт WAP, оптимизированный для мобильных телефонов с небольшими экранами и узкой полосой пропускания, можно расценивать сегодня как первый, но очень уверенный шаг к реальности широкополосных систем третьего поколения. Наряду с WAP существует еще несколько аналогичных технологий, обеспечивающих Интернет-сервис на мобильном терминале. Это SIM-Toolkit (Schlumberger), I-mode (NTT), Palm VII (Palm Computing) и Windows (Microsoft/Wireless Knowedge). Из вышеперечисленных «конкурентов» бесспорным лидером сейчас является система I-mode, которая уже имеет несколько миллионов подписчиков и обширное информационное наполнение. Причем темпы роста числа абонентов этой системы впечатляют: в коммерческую эксплуатацию система была запущена весной 1999 года и только на территории Японии, а к августу того же года I-mode имела уже миллион подписчиков, что соответствует приросту 90 тыс. в неделю. Несмотря на ошеломляющий успех I-mode, японский оператор NTT рассматривает возможность миграции на технологию WAP — именно за счет универсальности WAP и наибольшей приближенности к стандартам третьего поколения. Не последнюю роль здесьсыграла и всемирная поддержка WAP, тогда как остальные «конкуренты» имеют «локальную окраску».

В настоящее время WAP является основной технологией доставки и отображения информации из Интернета. На этой же позиции стандарт и останется в ближайшие несколько лет. Как следует из исследования, проведенного компанией Ericsson, сервис, основанный на WAP, будет бурно развиваться. Если сегодня только 20% абонентов, имеющих WAP-телефоны, пользуются этими услугами, то к 2004 году их число возрастет до 95%. По данным корпорации IDC (The International Data Corporation), соотношение числа пользователей финансовых услуг, предоставляемых на основе WAP, и подписчиков аналогичных услуг, использующих «проводной» Интернет, вырастет с 23% в 1999 году до 36% в 2004. И приблизительно 50% всех финансовых операций через WAP будут проходить через WAP-шлюзы финансовых ведомств.

В соответствии с многоуровневой моделью сетевых взаимодействий WAP для своей работы использует аналогичную схему. Для сравнения можно привести архитектуры стандартного Интернета и Интернета в версии WAP.

В настоящее время наиболее уязвимое место в этой архитектуре — низший, несущий уровень. Самыми распространенными реализациями несущих для WAP сейчас являются SMS (Short Message Service) и CSD (Circuit-Switched Data), каждая из которых имеет существенные ограничения. Так, CSD-телефону требуется около 30 секунд для установки связи, что довольно много. Это время может быть сокращено до 8-10 секунд при обращении к серверам быстрого доступа, но тем не менее такое время неприемлемо не только для завтрашнего, но и для сегодняшнего WAP. В противовес CSD WAP-over-SMS работает гораздо быстрее, но обратная сторона медали — узкая полоса пропускания и, как результат, большое время прокачки значительных объемов информации.

Так или иначе WAP требует новой несущей, которая будет удовлетворять всем необходимым требованиям времени. В качестве такой несущей сегодня выступает GPRS (General Packet Radio Service). С развертыванием систем с поддержкой GPRS, которая имеет полосу пропускания много большую, чем CSD, пользователи смогут со всей полнотой ощутить прелести WAP. Благодаря тому что GPRS обеспечивает скорость передачи данных до 115 Кбит/с, и пользователь постоянно находится в режиме online, время на получение необходимой информации сокращается до минимума.

Подводя итоги, следует сказать, что внедрение WAP дало начало лавинообразному процессу слияния доселе отделенных друг от друга мобильной связи и Интернета. Эта конвергенция порождает огромное количество услуг, которые становятся доступны с одного мобильного устройства. А ведь именно это лежит в идеологическом фундаменте третьего поколения мобильной связи. Таким образом, сегодня уже можно с уверенностью сказать, что первый этап перехода к третьему поколению успешно завершен.

Итак, что же такое третье поколение мобильной связи? Сам термин «третье поколение» может вводить в заблуждение. Так, переход ко второму поколению (от аналоговых систем мобильной связи к цифровым сетям) достаточно очевиден, но переход к третьему поколению — это не только простое улучшение предоставляемого мобильного сервиса. 3G сейчас принято понимать как набор услуг, которые объединяют высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создает канал передачи данных. Однако это не просто быстрый доступ к Интернету, это кардинально новый подход к общению, доступу к информации и т.д. Другими словами, те возможности и те устройства, которые традиционно рассматривались как исключительно стационарные, станут мобильными. Пользователь сможет не только разговаривать со своим собеседником, но и видеть его с помощью видеотелефона, путешествовать по сети Интернет, вести бизнес, обучаться, развлекаться — и все это с помощью небольшого устройства, напоминающего сегодняшний сотовый телефон.

Естественно, такие услуги требуют высокоскоростной передачи данных. Для этого предусматривается пошаговая модернизация существующих сетей мобильной связи (см. врезку), которые изначально проектировались в расчете на узкополосную передачу данных, до широкополосных сетей, обеспечивающих необходимую скорость для мобильных услуг мультимедиа и доступа к Интернету. Основой мобильной связи третьего поколения станет технология IP, которая основана на пакетной передаче данных, что означает постоянное пребывание абонента в режиме on-line; при этом оплачиваться будет только объем переданной информации, а не время соединения, как это происходит сегодня.

Для реализации систем третьего поколения в декабре 1998 года был создан партнерский проект 3GPP, основной задачей которого стало получение открытых, признанных во всем мире (например, для обеспечения глобального роуминга) спецификаций, разработанных при участии различных национальных комитетов по стандартизации. Помимо этого Международным союзом электросвязи (МСЭ) при ООН для систем третьего поколения разработаны рекомендации по глобальным унифицированным стандартам мобильной связи. Эти рекомендации объединены под общим названием IMT-2000. Перечислим основные из них:

• обеспечение качества передачи речи, сравнимого с качеством передачи в проводных сетях связи;

• обеспечение безопасности, сравнимой с безопасностью в проводных сетях;

• обеспечение национального и международного роуминга;

• поддержка нескольких местных и международных операторов;

• эффективное использование спектра частот;

• пакетная и канальная коммутация;

• поддержка многоуровневых сотовых структур;

• взаимодействие с системами спутниковой связи;

• поэтапное наращивание скорости передачи данных вплоть до 2 Мбит/с.

Несмотря на то что конечная цель для всей индустрии телекоммуникаций — создать единую всемирную среду мобильной связи, поддерживающую широкополосные системы и обеспечивающую глобальную мобильность, в результате, скорее всего, возникнет некоторое семейство стандартов, обеспечивающее услуги третьего поколения. Решение этой проблемы (совместимость стандартов и глобальный роуминг) абсолютно аналогично уже применяющемуся сегодня — разработка многомодовых терминалов, способных работать в двух и более стандартах. Именно для этого в апреле нынешнего года, как сообщает агентство «Инфоарт», в Чикаго собрались представители крупнейших мировых телекоммуникационных компаний и стандартизирующих организаций, чтобы обсудить предложения по разработке новых технологий глобального роуминга. Для решения проблем глобального роуминга была создана специальная организация GSM Global Roaming Forum, целью которой является координация работ в индустрии сотовой связи, которые позволили бы создать мультистандартные многополосные мобильные телефоны для настоящего глобального роуминга. Эти телефоны должны будут поддерживать существующие сегодня стандарты сотовой связи: GSM/PCS, TDMA, CDMA и iDEN.

GSM Global Roaming Forum ставит перед собой также задачу продвижения таких универсальных мобильных телефонов и сетевых платформ, которые бы позволили клиентам перемещаться не только из одной страны в другую, но и с одной цифровой технологии связи на другую, а также с одной частоты на другую.

Как следует из приведенной схемы развития, для каждого региона с преобладанием того или иного стандарта второго поколения существует свой путь развития. Для сетей PDC — это переход к WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access — широкополосный CDMA), наиболее перспективной системе с точки зрения использования сетевых ресурсов и глобальной совместимости. Для продолжающих функционировать в узких полосах частот сетей GSM и TDMA/136 решением является система EDGE (Enhanced data rates for GSM and TDMA/136 evolution). Развертываемые сейчас системы пакетной передачи данных GPRS (General Packet Radio Service) являются промежуточным шагом при переходе к системам третьего поколения на основе GSM и TDMA/136. Остановимся на каждой из них подробнее.

GPRS, по сути — расширение существующих сетей GSM и TDMA/136. Добавление системы пакетной передачи к уже имеющейся сети подготовит эту сеть к внедрению систем третьего поколения.

Система GPRS обеспечивает мобильных пользователей высокой скоростью передачи данных и оптимально приспособлена для прерывистого трафика, характерного для сетей Интернет/Интранет. На начальном этапе могут быть предложены скорости доступа от 14,4 Кбит/c (при использовании одного временного слота) до 115 Кбит/с (при объединении нескольких слотов).

Система GPRS обеспечивает пакетную коммутацию на всем протяжении канала связи, существенно оптимизируя услуги передачи данных в сетях стандарта GSM, особенно с учетом прерывистого характера трафика в сетях Интернет/Интранет. GPRS обеспечивает практически мгновенное установление соединения, использует сетевые ресурсы и занимает участок частотного диапазона только в моменты фактической передачи данных, что гарантирует чрезвычайно эффективное использование доступной полосы частот и позволяет делить один радиоканал между несколькими пользователями. Система поддерживает все самые распространенные протоколы передачи данных в сети, в частности Интернет-протокол IP, что позволяет абонентам сети подключаться к любому источнику информации в мире.

GPRS предоставит бесшовное соединение, например через интерфейсы TCP/IP или X.25, с существующими системами передачи данных, позволяя обеспечить поддержку самых разнообразных приложений: от низкоскоростной системы обмена сообщениями до работы с высокоскоростной корпоративной ЛВС.

Система GPRS будет реализована путем простого добавления новых узлов пакетной обработки данных и модернизации существующих для обеспечения маршрутизации пакетов данных от мобильного терминала до шлюзового узла. Шлюзовой узел обеспечит взаимоприсоединение с внешней сетью пакетной передачи данных для реализации доступа к сетям Интернет/Интранет и, например, к базам данных.

GPRS позволит реализовать услугу многоточечной передачи (мультивещания) — в данный момент ее нельзя осуществить на базе существующей системы передачи данных в сетях GSM по коммутируемому каналу. Многоточечную передачу можно будет осуществить между провайдером телекоммуникационных услуг фиксированной сети и группой мобильных абонентов с терминалами GPRS.

Следующим шагом после внедрения GPRS будет развертывание системы EDGE. Ее, кстати, уже нельзя назвать расширением или дополнением к GSM или TDMA.

Впервые EDGE была представлена ESTI (Европейский институт стандартизации электросвязи) в начале 1997 года в качестве эволюции существующего стандарта GSM. EDGE использует ту же полосу пропускания и структуру временных слотов, что и GSM. Таким образом оператор может продолжать использовать уже имеющиеся диапазоны частот по 200 кГц, структуру каналов и частотные планы, при этом предлагая своим абонентам ряд услуг третьего поколения. Более того, использующийся в EDGE формат пакета полностью идентичен аналогичному пакету в TDMA или GSM. Он включает тестовую последовательность из 26 символов в центре пакета, две хвостовые последовательности из трех символов с каждого конца пакета, две последовательности с данными по 58 символов и контрольную последовательность из 8.25 символов.

Изюминкой стандарта EDGE является абсолютно новый метод модуляции 8PSK (eight-phase shift keying), который позволяет поднять скорость передачи до 48 Кбит/с на один временной слот. При использовании нескольких временных слотов совместно с системой GPRS можно достичь скорости передачи в 384 Кбит/с.

В настоящее время внедряется первая фаза (phase I) стандарта EDGE, которая призвана обеспечить качественное улучшение радиоинтерфейса без существенных изменений существующих стандартов. Однако в некоторых случаях протоколы были модифицированы: это протокол пакетной передачи данных EGPRS и протокол коммутации каналов ECSD.

Основным моментом при разработке фазы II стандарта EDGE стало обеспечение сервисов реального времени через IP, например голос поверх IP (VoIP). Закончить разработку фазы II и начать ее внедрение планируется в 2000 году.

При подготовке статьи использовались материалы, предоставленные компанией Ericsson

КомпьютерПресс 5'2000