Маркетинговый парадокс Wi-Fi

Картинка:

Автор: Юлия Волкова
Опубликовано в журнале "CIO" №5 от 08 июня 2007 года

Найдите минутку и загляните на www.jiwire.com — этот сайт ведет «учет» сетей Wi-Fi, расположенных по всему миру. Вы прочтете, что в Москве есть 150 зон и одна в Зеленограде. Всего же в России зарегистрировано 276 точек доступа Wi-Fi общего пользования. Конечно же, на самом деле их больше. Только на Jwire.com они не зарегистрированы. По каким-то одним их владельцам ведомым причинам. Может, они просто про это не знают? Но, хочу надеяться, что это — не потому, что они не зарегистрированы в Россвязьнадзоре…

Wi-Fi, который несколько лет назад заставил нас поистине переосмыслить свое отношение к услугам связи, возможностям Интернета и режущему ухо словосочетанию «мобильный офис», сегодня кажется вполне обыденным. Человек за столиком с чашкой остывшего кофе и портативным компьютером — привычная картинка для московских кофеен во время ланча. Зона доступа в уважающем себя учреждении общепита подчас считается уже обязательным бесплатным сервисом вроде бизнес-изданий у входа.

Мы уже почти забыли, что бренд «Wi-Fi» — это просто семейство стандартов передачи данных IEEE 802.11, а еще точнее — имя собственное наиболее популярного из них IEEE 802.11b, в котором работают беспроводные локальные сети по протоколу с прямым расширением спектра и скоростью передачи данных 11 Мбит/с. Правда, стандарт этот потихоньку вытесняется своими более молодыми собратьями, которые позволяют посылать и получать информацию на скоростях до 54 Мбит/с и тоже — уже по традиции — именуются Wi-Fi.

Немного истории

Несмотря на то что к, собственно, «IEEE 802.11» в литературе уже порой прикрепляют словечко «legacy» (устаревший), пару слов про него сказать следует, так как все последующие «восемьсот вторые» спецификации являлись его продолжением, сути не меняли и в большинстве своем должны были быть программно и аппаратно с ним совместимыми. Стандарт IEEE 802.11 предусматривает передачу сигнала одним из двух методов — расширения спектра прямой последовательности (direct sequence spread spectrum, DSSS) и расширения спектра со скачками частоты (frequency hopping spread spectrum, FHSS). В России разрешено использовать обе эти технологии, но только один из указанных в стандарте диапазонов частот: 2400–2483,5 МГц. Диапазон 5 ГГц «влился» в семейство IEEE 802.11 чуть позже. В исходном варианте о нем еще не говорили.

В режиме DSSS рабочий диапазон разбит на несколько широких DSSS-каналов, одновременно может быть использовано не более трех этих каналов. В режиме FHSS весь диапазон 2,4 ГГц используется как одна полоса (с 79 подканалами). При использовании FHSS конструкция приемопередатчика получается очень простой, но этот метод применим, только если пропускная способность не превышает 2 Мбит/с. Именно это и послужило причиной создания иных версий стандарта.

Wi-Fi — это просто

Организовать Интернет с помощью Wi-Fi очень просто. Базовое оборудование Wi-Fi подключается к сети провайдера по Ethernet, ADSL или иным способом, и в радиусе 50–150 метров образуется беспроводная сеть. В ней вы можете свободно перемещаться со своим портативным или карманным компьютером, снабженным специальным адаптером, наслаждаясь комфортом и скоростью обмена данными, которая существенно выше, чем в обычном модемном соединении.

Изначально стандарт Wi-Fi задумывался как замена офисных кабельных сетей. Тому, кому пришлось заниматься локальными компьютерными сетями, известна та головная боль, которая всегда сопровождает прокладку в здании кабельных систем. Все это исчезает, если выбирается беспроводное решение. Достаточно установить в нескольких точках офиса базовые станции, а в каждый персональный компьютер — сетевой адаптер с антенной. Базовые станции совмещены с точками доступа в кабельную сеть. Такие решения позволяют также объединить в сеть и мобильные компьютеры.

Беспроводные сети Wi-Fi используют, в основном, стандарты IEEE 802.11g/b, которые в радиусе до 70/150 метров от точки доступа Wi-Fi обеспечивают передачу данных на частотe 2,4 ГГц и на скоростях до 54/11 Мбит/с. Строго говоря, пропускная способность сети Wi-Fi соответствует пропускной способности выделенного канала связи. Во многих случаях о такой скорости могут только мечтать еще очень многие пользователи, работающие по старинке на медных парах или оптоволокне. Но и эта скорость скоро может стать историей. После того как недавно в IEEE была одобрена новая версия стандарта — IEEE 802.11n, возможность появления в начале лета 2007 года оборудования для беспроводных локальных сетей с быстродействием, превышающим 100 Мбит/с, стала совершенно реальной.

В основе нового стандарта — использование технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output), обеспечивающей разделение трафика на несколько потоков, для передачи и приема которых используется две или большее количество антенн. Один из практических аспектов появления новой версии заключается в том, что соответствующие ее требованиям адаптеры и точки доступа не потребуют существенных изменений при принятии окончательной редакции этого стандарта, которое ожидается осенью 2008 года. Тем не менее, уже появляются анонсы производителей о поставках на рынок устройств нового стандарта. И на ум приходит вопрос, насколько реально его внедрение в России и когда это может произойти в действительности. Не стоит забывать, что во всех странах — и Россия не исключение — развитие телекоммуникаций зависит не столько от прогресса технологий, сколько от решений регулятора.

А что у нас?

У беспроводных сетей множество важнейших параметров — скорость передачи, рабочий диапазон частот, разрешенная мощность передатчика, дальность действия.

В России согласно решению Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) № 04-03-04-003 «Об использовании полосы радиочастот 2400–2483,5 МГц для внутриофисных систем передачи данных» принят упрощенный порядок выдачи разрешений на использование частот для внутриофисных систем беспроводной передачи данных, работающих в указанной полосе частот.

Это решение 2004 года разрешило разработку, производство и использование внутриофисных систем передачи данных без излишних разрешительных процедур, если технические характеристики этих систем соответствуют требованиям, установленным этим решением (см. таблицы 1 и 2).

При этом, если создаваемые сети планируется использовать только внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий, то для их включения не требуется ничего, кроме регистрации в органах связьнадзора. Однако это упрощение действует только для оборудования, которое внесено в утвержденный ГКРЧ «Перечень РЭС, разрешенных для эксплуатации без оформления разрешений на использование радиочастот».

Следует заметить, что хотя в приведенных таблицах вроде бы регламентируются только параметры излучения и не предъявляется никаких требований к стандартам, все же сети IEEE 802.11n решение ГКРЧ № 04-03-04-003 строить не позволяет.

Во-первых, потому, что максимальная скорость ограничена значением 54 Мбит/с, а заявленная в IEEE 802.11n скорость 100 Мбит/с в эти ограничения явно не укладывается. Во-вторых, технология MIMO предполагает наличие на терминалах нескольких антенн, что также не разрешено рассматриваемым решением (хотя и не запрещено впрямую, но мы же в России живем!), ну и, в-третьих, потому, что оборудование нового стандарта не внесено в соответствующий «Перечень».

Следовательно, прежде чем соглашаться на новые предложения от поставщиков — внедрить IEEE 802.11n в офисной/общедоступной/домашней сети, необходимо будет поинтересоваться, на чьи плечи ляжет согласование разрешительной документации.

Это, во-первых, решение ГРКЧ. Ведь мы с вами только что установили, что никакие упрощения на IEEE 802.11n не распространяются (по крайней мере, пока не будет принято соответствующего решения). Во-вторых, заключение экспертизы ФГУП «Главный радиочастотный центр» и, в-третьих, разрешение Федерального агентства связи. По самым оптимистичным прогнозам, все это займет около полутора лет и потребует определенных затрат — на оплату работ по экспертизе электромагнитной совместимости с гражданскими радиоэлектронными средствами (РЭС), такой же экспертизы с военными РЭС, отдельный счет вы получите за выписку заключения экспертизы. Добавьте сюда такую «мелочь», как нотариальное заверение документов, входящих в состав заявки, и почтовые расходы.

Наиболее правильным решением было бы дополнение уже рассмотренного нами решения ГКРЧ с внесением в него новых характеристик. Однако это можно сделать только по результатам исследований с измерением технических характеристик и оценкой возможного влияния сетей нового стандарта на многочисленные существующие сети. Сделать это пользователю вряд ли под силу и уж совсем не по карману. Никто не будет тратиться на исследования для того, чтобы соединить в сеть полторы сотни компьютеров. При таких альтернативах заказчик остановится на более простом в реализации решении.

Нужен ли IEEE 802.11n?

Как уже было сказано, основная задача IEEE 802.11n — расширить диапазон скоростей передачи данных до 100 Мбит/с и более. Основой нового стандарта является «старый добрый» IEEE 802.11а, в котором специфицирована технология ортогонального мультиплексирования. Увеличение скорости передачи данных в IEEE 802.11n, помимо уже упомянутого введения дополнительных антенных каналов приема-передачи, выполнено также за счет удвоения полосы пропускания канала (с 20 до 40 МГц).
Метод MIMO не является суперновинкой, в стандартах IEEE он уже применялся. Впервые решение, подобное MIMO, было использовано в стандарте IEEE 802.16 для формирования широкополосных систем связи регионального масштаба. Он допускает применение техники MISO (multiple-input/single-output), то есть применение нескольких антенн в передатчике и одной в приемнике. Однако в IEEE 802.11n это решение расширено и углублено — здесь уже допускается использование в передатчике и в приемнике до четырех антенных каналов. Важно также, что если в 802.16 увеличение количества антенн использовалось для повышения надежности связи, то в IEEE 802.11n оно служит еще и для увеличения полосы пропускания.

IEEE 802.11n допускает работу как в стандартных каналах шириной 20 МГц, так и в «сдвоенных» шириной 40 МГц. Более того, 802.11n, кроме традиционных режимов передачи, предусматривает реализацию режимов с высокой пропускной способностью (НТ — High Throughput). В НТ-режимах увеличено число поднесущих: в 20 МГц канале их уже не 52, а 56, из них 52 — информационные и 4 пилот-сигнала. Благодаря этому скорость возрастает на 8%. Добавьте сюда еще один фактор увеличения скорости — повышение допустимой скорости кодирования до 5/6 (то есть каждые 5 бит исходной последовательности превращаются в 6 бит кодированной). Еще одна степень гибкости нового стандарта — возможность вдвое сократить защитные интервалы (GI) в OFDM-символах — с 0,8 до 0,4 мкс. В результате скорость возрастает до 72,2 Мбит/с. Поскольку режим с шириной полосы 20 МГц является обязательным, для него установлен базовый набор скоростей (см. табл. 3).

В каналах шириной 40 МГц поднесущих уже 114 (108 информационных и 6 пилот-сигналов). Это само по себе увеличивает пропускную способность канала на 125%. Строго говоря, передача здесь ведется в двух соседних каналах IEEE 802.11а, при этом в верхней половине 40 МГц канала фаза модуляции смещена на 90°.

Из-за увеличения числа антенных каналов изменяется структурная схема передающего и приемного устройств (рис. 1.). Скремблированные данные, как и в базовом стандарте, поступают на кодер. Но на этом сходство двух стандартов заканчивается. Кодированный поток битов разбивается на так называемые пространственные потоки, число которых должно быть не меньше, чем число антенных каналов в передатчике. Пространственные потоки затем проходят обработку пространственно-временным блочным кодом.

Пространственно-временное кодирование подразумевает преобразование одного потока OFDM-символов в два пространственно-временных потока. Поэтому в системах IEEE 802.11n число пространственно-временных потоков должно превышать число пространственных потоков. После формирования пространственно-временных потоков происходит их распределение по антенным каналам. IEEE 802.11n предусматривает несколько схем такого распределения. Наиболее простая — прямое назначение пространственного потока антенному каналу с одинаковыми номерами. Это возможно, если число антенных каналов равно числу пространственно-временных потоков. Если же пространственно-временных потоков больше, чем антенных каналов, то используются различные схемы пространственного расширения.

В каналах 2, 3 и 4 информация задерживается относительно канала 1 на 400, 200 и 600 нс, соответственно. Такой сдвиг позволяет избежать непреднамеренного формирования узконаправленной диаграммы передающей антенной системы, что вполне вероятно при синфазном или противофазном излучении. Кроме того, имея множество антенн и подбирая фазы сигналов в них, можно в некотором роде управлять антенным лучом, поэтому стандарт предусматривает так называемый режим формирования луча, что и делает передатчик, проанализировав информацию о состоянии канала связи между ним и выбранным приемником.

Все это — далеко не полный перечень новых функций и возможностей IEEE 802.11n. Несомненно, на бумаге все оказывается проще и красивее. На практике новому стандарту придется столкнуться с такими бизнес-реалиями, как непонятные требования регулятора, несовершенство элементной базы, техническая неграмотность абонента, «PR-ошибки» рекламистов, неподтвержденные прогнозы маркетологов.

Тем не менее, развитие Wi-Fi все чаще называют «маркетинговым парадоксом». Говорят, что реальные результаты всегда и обязательно превосходят самые смелые прогнозы. Насколько это относится к России, сказать не берусь. Однако уже сегодня производители элементной базы и аппаратуры выпускают оборудование Wi-Fi с отдельными возможностями IEEE 802.11n. Разумеется, впереди еще обсуждения и испытания, но в целом есть надежда, что мы вскоре увидим оборудование нового стандарта. И, может быть, даже сумеем им воспользоваться. Если регулятор не сильно опоздает.