WiMAX – как много в этом звуке...

Георгий Башилов

Когда-нибудь 2005 назовут годом рождения WiMAX. Роды уже начались: воды – всякие там разные pre-WiMAX – отходят, бабки-повитухи готовятся идентифицировать, а потом – доложить общественности, что ж таки на выходе получилось и насколько результат соответствует общим представлениям и частным стандартам (а ну как неведома зверюшка?) – к концу года младенец, глядишь, уж сделает первые шаги.

Ребенок, что и говорить, выходит бойкий и долгожданный – по крайней мере, если судить по шумихе в прессе и средствам, вложенным в маркетинг и продвижение продукта. Тем не менее расти ему предстоит в очень непростое время: cоратники уже окрепли, некоторые – так просто возмужали, и без тумаков, видимо, не обойтись.

И действительно: технологии разных там цифровых абонентских линий (xDSL) растут как на дрожжах, опережая темпы роста мобильной связи. Букет беспроводных технологий для локальных сетей, изрядно поплутав поначалу в трех соснах, b, g и a, вот-вот, похоже, найдет свою магнитную стрелку, n и s, и дальше уже навряд ли будет отклоняться от выбранного направления.

А тут еще папаша, могучий Intel, загулял на стороне и слепил микросхему по старомодному КМОПу (CMOS), но зато, подумать только: и дешево, и сердито, и в одном кристалле, и одна будет поддерживать аж три технологии – 802.11b/g/a, а когда примут 802.11n – так и его ведь тоже станет поддерживать –

чисто программным образом (http://www.intel.com/technology/magazine/research/cmos-radio-0705.htm). Уж и с докладом обещают выступить, и одобрением общественности заручились. А 11n, между прочим, это куда как более высокие скорости – в сравнении с WiMAX. Дела, можно подумать, неважнецкие. Тем не менее...

Как вы лодку назовете...

Приставка Wi в аббревиатуре WiMAX означает вовсе не Wireless – прямой аналогии с Wireless Fidelity, или Wi-Fi, здесь нет. Расшифровка WiMAX звучит гордо: Worldwide Interoperability for Microwave Access, но, увы, не означает принципиальных отличий от того же Wireless Fidelity – ведь с большой долей вероятности, определяемой заведомо больше чем парой-троек девяток, любое из устройств стандартов 802.11b/g/a сможет подключаться к своим собратьям в любом уголке мира, где бы вы ни находились – даже в Папуа-Новой Гвинее. Однако слово «подключиться» в современном сетевом мире вовсе не синоним слову «пользоваться», возможность взаимодействия на нижних уровнях стека IP-протоколов вовсе не означает, что вас беспрепятственно пустят на верхние уровни и оттуда – в Сеть. Тем не менее WiMAX Forum берется лишь за малый и, быть может, простейший кусок задачи – организовать и сертифицировать возможность взаимодействия между различными клиентскими WiMAX-устройствами и базовыми станциями WiMAX. В одной из ипостасей WiMAX уготована работа на магистралях, но там вопросы взаимодействия оборудования разных производителей куда как менее актуальны, чем на пользовательском уровне. То есть WiMAX Forum (www.wimaxforum.org), по большому счету,чения к WiMAX-сетям. А вот для того, чтобы попытаться организовать возможность подключения к WiMAX-услугам в любой точке Земли, потребовалось создание еще одного альянса – WiMAX Global Roaming Aliance (WGRA, www.wimaxgra.org).

Согласитесь, перспектива достать свой WiMAX-терминал в любом уголке мира и тут же подключиться ко всем услугам широкополосного Интернета (разумеется, с соответствующим списанием ресурсов с лицевого счета) весьма заманчива.

Итак, название, в общем, невыразительное. Может быть, скорость? Стандарт IEEE 802.16-2004, являющийся основополагающим документом при сертификации первых устройств WiMAX, оговаривает два класса устройств, работающих на частотах соответственно выше и ниже 11 ГГц. Первые позиционируются на магистрали: их канальная скорость может достигать 120 Мбит/с. Устройства с частотами ниже 11 ГГц позиционируются на уровень доступа – здесь максимальная скорость до 70 Мбит/с, да и то с определенными оговорками – многое будет зависеть от дальности до базовой станции, условий прямой видимости и... реализованной функциональности базовой станции.

Водораздел – 11 ГГц – выбран неслучайно. Ниже этой частоты радиоволны достаточно легко огибают препятствия, что позволяет использовать один из основных козырей WiMAX – возможность установления связи вне пределов прямой видимости: NLOS, Non Line of Sight.

Скорость тоже не поражает – использование миллиметрового диапазона длин волн уже сегодня дает возможность российским разработчикам коммерчески реализовать гигабитные скорости и высоконаправленные магистрали, мало влияющие друг на друга и позволяющие многократно использовать один и тот же радиочастотный диапазон (см., например, http://offline.computerra.ru/2005/593/39160/). На повестке дня у микроволн и разработчиков из ДОК ltd (www.dokltd.ru) – 10 Гбит/с и частоты выше 70 ГГц. В локальных беспроводных сетях стандарт 802.11n обещает скорости в сотни мегабит в секунду при заметном, в сравнении с a/b/g, увеличении дальности и надежности связи. А будучи объединен с грядущим стандартом решетчатых (mesh) сетей, потенциально так и вовсе способен стать «убийцей» WiMAX – по крайней мере в местностях с высокой плотностью абонентов. Не так давно образован соответствующий форум – Wi-Mesh, который будет продвигать и коммерциализовать одноранговые самоорганизующиеся сети, сочетающие преимущества стандартов 802.11n и 802.11s. WiMAX при таком раскладе позиций могут остаться только в местности с невысокой плотностью абонентов – села, коттеджные поселки и т. д.

Со скоростью, как видим, тоже не очень. Так в чем же дело, откуда столько шума?

Сильные стороны

Можно, конечно, сказать, что основная причина шумихи – маркетинговые усилия одной, от силы нескольких компаний, чьи имена у всех на слуху. Но это будет лишь часть правды, притом малосущественная.

WiMAX действительно потенциально очень хорош и обладает возможностями, ранее для беспроводных технологий не характерными, особенно для массовых и городс– возможность установления связи вне зоны прямой видимости (NLOS) тесно увязана с продвижением услуги и становлением ее как массовой. До самого недавнего времени городские широкополосные беспроводные линии требовали не только прямой видимости, но и отсутствия преград в пределах зоны Френеля. Отсюда – необходимость использования мачт, обеспечивающих условия прямой видимости и Френеля, и резкое ограничение круга возможных абонентов.

В парадигме WiMAX пользователь сможет сам – точно так же, как он сейчас покупает DSL-модем или сотовую трубку, – прийти в магазин, приобрести коробку с WiMAX-адаптером, быть может, уже с контрактом беспроводной связи, принести домой, установить на подоконнике и с высокой степенью вероятности тут же оказаться в широкополосном Интернете. Оператор освобождается от головной боли, связанной с подключением абонентов, наличием бригад монтажников-высотников и т. д., а абонент получает возможность относительно свободного перемещения (имеются в виду не мобильные сеансы связи) в пределах всей WiMAX-сети одного, а при наличии роуминговых соглашений – и нескольких операторов.

Возможность передачи практически любых видов трафика и реализация качества обслуживания (QoS) на уровне, сопоставимом с ATM-сетями. WiMAX спроектирован так, чтобы легко и непринужденно, естественным образом передавать и IP, и ATM, и Ethernet. Для этого на уровне доступа к среде (MAC) пришлось реализовать гибкие механизмы поллинга и, наряду с временным разделением каналов (TDD), разделение частотное (FDD), которое, если вспомнить об OFDM-модуляции, лежащей в основе WiMAX, использующего для передачи данных 256 ортогональных параллельных4 частотных каналов, реализуется в WiMAX относительно легко и просто и может означать работу с минимально возможными задержками. Оператор, в зависимости от требований задачи или индивидуальных предпочтений, может выбирать FDD, TDD или их сочетание.
Защита данных. Механизмы шифрования передаваемого трафика описаны непосредственно в стандарте 802.16-2004 и предполагают использование протоколов шифрования DES/AES. Тем не менее некоторые компании (например, Terabeam), занимающиеся разработкой WiMAX-решений, видят и здесь простор для деятельности, заявляя о возможных проблемах и дырах в безопасности WiMAX, а некоторые, в частности Cavium, рассматривают разработку специализированных криптопроцессоров для WiMAX как одно из основных направлений своей деятельности. На уровне абонентского оборудования такой подход выглядит несколько надуманным, особенно с учетом того, что сходные алгоритмы шифрования реализует и протокол WPA2, а на уровне базовых станций, пропускная способность которых может измеряться единицами гигабит в секунду, вероятно, имеет право на жизнь. Как бы то ни было,WiMAX-сети, поддержание безопасности которых будет одной из задач оператора, видимо, будут значительно лучше защищены, чем Wi-Fi, – домашние точки доступа часто не используют шифрования вовсе – из-за неумения или банальной лени пользователя. А едствие недооценки реальной угрозы безопасности.
Спектральная эффективность. Эта величина для WiMAX заявлена на уровне 3 бод/Гц, с использованием адаптивных антенн и когерентной обработки сигналов может быть доведена до 15 бод/Гц. С учетом того, что WiMAX не оговаривает жестко используемые частотные диапазоны, простор для деятельности открывается необычайный. Работы ведутся во всей полосе частот ниже 11 ГГц, причем особенно перспективными в части NLOS и дальности распространения считаются частоты ниже 1 ГГц. Так, например, в США всерьез рассматривают использование диапазона частот 700 МГц, высвобождаемого в связи с переходом на цифровое телевидение5. Перспективным считается и диапазон 450 МГц – чем ниже частота, тем выше дальность связи и зона, покрываемая одной базовой станцией. С учетом того, что WiMAX может использовать относительно узкие рабочие полосы частот, частоту можно опускать и дальше. При этом изменения касаются только радиочастотной части – цифровая схемотехника остается прежней.
Открытость и наличие сертифицирующих институтов. WiMAX последовательно идет дорожкой, уже протоптанной Wi-Fi: исчерпывающее, занимающее 857 страниц убористого текста описание стандарта можно свободно загрузить на сайте IEEE (http://standards.ieee.org/getieee802/802.16.html). Создан комитет, сертифицирующий совместимость продукции. Результаты Wi-Fi хорошо известны – повсеместное распространение и стоимость беспроводных адаптеров в несколько десятков долларов...

Повторит ли WiMAX успех Wi-Fi? WiMAX-форум видит следующие этапы развития собственного детища:

абонентские устройства первого поколения, сертифицированные WiMAX Forum, будут устанавливаться за пределами помещений, станут доступны в конце 2005 – начале 2006 года и будут стоить около 350 долл.;
второе поколение следует ожидать уже в следующем году, эти устройства сможет устанавливать сам пользователь, непосредственно внутри помещений. Стоимость такого абонентского устройства не превысит 250 долл.;
устройства третьего поколения будут встраиваться непосредственно в ноутбуки и другие портативные устройства, стоимость их интеграции не превысит 100 долл., а появятся они в 2006–2007 годах.

Таким образом, смена поколений абонентских WiMAX-устройств будет происходить чаще, чем раз в год, а ежегодное падение цен превысит 100 долл.! Пожалуй, в 2008 за WiMAX станут еще и приплачивать.

Тем не менее, продолжим разговор о сильных сторонах WiMAX.

WiMAX – в локальных сетях?

Не так давно английский ресурс TechWorld.com опубликовал, на первый взгляд, претенциозную статью «Why would you use WiMax indoors??» авторы которой, Дэниэл Брир (Daniel Briere) и Патрик Харли (Patrick Hurley), (Network World), на полном серьезе предлагают использовать WiMAX как реальную альтернативу беспроводным локальным сетям. Сама постановка вопроса вызывает первоначальное отторжение своей бредовостью. Тем не менее аргументация весьма серьезна.

Авторы признают две на дальность связи, но тут же замечают, что они могут быть решены с появлением WPA2 и новых технологий передачи данных (видимо, имеется в виду 802.11n).

Однако Wi-Fi имеет и ряд других нерешенных проблем – в первую очередь обеспечение необходимого качества услуг, особенно с учетом стремительного распространения в беспроводных сетях мультимедийного контента, требовательного к полосе пропускания (видео) и крайне чувствительного к задержкам (голос). Тем не менее проблема отчасти может быть решена с появлением стандарта 802.11e и началом, под эгидой Wi-Fi Alliance, программы сертификации Wireless Multimedia (WMM). Увы, лишь отчасти. В основе всех Wi-Fi-сетей лежит метод доступа к среде CSMA-CD, реализующий специальные механизмы избежания коллизий, приводящие к случайным задержкам времени передачи данных. Механизмы WMM могут свести такие коллизии к минимуму, но... стройный хор способен испортить любое Wi-Fi-устройство, оказавшееся неподалеку и не поддерживающее WMM. Кроме того, неизбежны задержки при первоначальной настройке и любом изменении конфигурации сети. Проблему, по мнению авторов, может решить только WiMAX, обеспечивающий «реальный» QoS и предсказуемые задержки. Добавим – с нежелательными «соседями» под силу, видимо, бороться и 802.11n, просто помещая «нули» диаграммы направленности в нужное время и в нужном месте.

Тайное оружие

Пожалуй, одно из ключевых преимуществ WiMAX, о котором пока не было произнесено ни слова, – это стремительно набирающая обороты «программизация» беспроводных технологий радио (SDR, Software Defined Radio, DRP, Digital RF Processor и т. д. – терминов много, суть одна). Прогресс микроэлектроники и стремительный рост вычислительной мощи универсальных и сигнальных процессоров позволяют менять протоколы, способы модуляции, сценарии доступа к среде передачи данных и даже частоты одним мановением переключателя, простой заменой одной микропрограммы на другую. Вычислительная сложность алгоритмов, используемых даже сегодняшними, предстандартными устройствами 802.11n, сопоставима с потребностями WiMAX-устройств. Таким образом, стройной смены поколений, задуманных WiMAX Forum, может не получиться, и в действительности события смогут развиваться даже быстрее. Уже сегодня разрабатываются универсальные терминалы (пардон, наверно, все-таки трубки), позволяющие получить универсальный абонентский доступ ко всем услугам 3G, включая WiMAX, не говоря уже о банальных Wi-Fi и Bluetooth. Утомительная для кошелька смена технологий – чипсетов, СВЧ-усилителей и самих трубок в один прекрасный и очень недалекий момент может смениться простым посещением сайта производителя с загрузкой очередного обновления микропрограммы. И не исключено, грядущим пересмотром самих принципов частотного регулирования – ни для кого не секрет, что бесценный в наше беспроводное время ресурс – радиочастотный эфир – большую часть времени простаивает совершенно впустую, скованный лицензионными ограничениями и частотными присвоениями.

Ознакомление с тезисами докладов 10-й БЕСЕДы (к слову, целиком посвященной WiMAX), доступными к загрузке с сайта CompTek (www.comptek.ru), по-зволяет судить о сдержанном отношении к самой технологии и потенциально – одному из основных будущих приложений WiMAX – голосу, будь то IP-телефония или традиционные телефонные каналы (IP-телефония стала одной из ключевых тем докладов Infinet Wireless). Возможности позволяют. Полоса пропускания делает реальным использование высококачественных, не в пример нынешним GSM, кодеков, а IP-телефония и SIP – так и вовсе любых кодеков, протоколов и видов трафика, о которых договорятся устройства на двух концах линии. По мере роста популярности добавится видеосвязь – к слову, уже сейчас неплохую сетевую видеокамеру можно приобрести всего за пятьдесят долларов, рост популярности видеоконференц-связи сдерживается лишь отсутствием привычки и предвзятым отношением к видеоконференциям как к несоразмерно дорогой технологии.

Так что конкурировать WiMAX предстоит отнюдь не с проводными технологиями – основная борьба, не исключено, развернется на поле традиционных технологий сотовой связи

Регистрация