Среди отличительных свойств беспроводных технологий наиболее очевидное - это возможность мобильности. Невозможность подсоединения подвижных (иначе, мобильных) абонентов является принципиально непреодолимым ограничением чисто кабельных сетей (т.е. сетей, использующих кабели и на сетевых магистралях, и для подсоединения абонентов). Это ограничение относится к любому виду коммуникаций - как к обычной телефонной и факсимильной связи, так и к передачам данных. Имея технологический, а не экономический характер, указанное ограничение относится к России в той же мере, как и ко всем остальным странам. Использование радио-технологий дало возможность снять это ограничение, вызвав бурное развитие мобильных сотовых и транковых сетей.
Замечание: Мобильные сети в основном используются для голосовой телефонной связи, а не для передачи данных, и эта тенденция пока сохраняется. В некоторых ситуациях, однако, мобильность требуется и при передаче данных; ниже мы рассмотрим, как эта возможность реализуется специальными средствами внутри здания или на территории одного учреждения, т.е. при медленных перемещениях на ограниченной территории. При быстрых же передвижениях (в автомобиле) или при перемещениях на большие расстояния пока освоены только радиосредства передачи данных на низких скоростях (в несколько раз меньших, чем дает хороший современный модем на обычном телефонном кабеле). В России из таких низкоскоростных радиосредств уже используется мобильный сотовый телефон со специальным сотовым модемом, а также радиомодемы разных видов. Здесь мы не будем специально рассматривать ни мобильную телефонию, ни передачу данных через сотовые модемы или низкоскоростные радиомодемы, так как наша основная тема - беспроводные средства скоростной передачи данных.
Другое преимущество беспроводных сетей имеет не технологический, а чисто экономический характер. Оно касается подсоединения к сети удаленных абонентов, когда протягивать кабель оказывается экономически нецелесообразно. Это могут быть либо абоненты, разбросанные по обширной малонаселенной (и, как правило, труднодоступной) территории, либо абоненты, сгруппированные в удаленном или труднодоступном пункте. В первом случае экономически нецелесообразным оказывается прокладка или подвеска кабелей абонентского доступа, во втором - магистральных кабелей ("опорной сети"). Этот второй фактор также не имеет специфически российского характера - он в той же мере относится к Казахстану с его степями, Канаде с ее Северными Территориями, Саудовской Аравии, Бразилии и т.д. Дело тут не в уровне экономического развития страны, а в степени заселенности той или иной географической территории.
Наконец, третий фактор специфичен для стран с бурно развивающейся экономической деятельностью и сильно отставшими в развитии телефонными сетями общего пользования. Это фактор срочности - надежные коммуникации нужны сейчас, немедленно, а для прокладки кабельной сети требуются колоссальные инвестиции и длительное время. При этом, когда в какой-нибудь населенный пункт или городской район уже проложен хороший новый кабель (сейчас закладывается преимущественно оптоволокно), то он со временем может решить все проблемы фиксированной (т.е. не мобильной) связи, в гораздо более полной мере, чем это могут сейчас радио-технологии. Но для этого надо еще довести кабельную разводку до каждой квартиры или учреждения (так называемая последняя миля), переоснастить АТС современными электронными коммутаторами и т.д. Когда все это будет сделано, фиксированная радиосвязь, возможно, будет вытеснена из больших городов и останется для обслуживания преимущественно удаленных абонентов. А пока что - на ближайшие 5-10 лет - она может повсюду принести большую экономическую пользу, при правильном к ней отношении.
Что же касается повсеместно распространенного отношения к радиосвязи, то оно, как правило, таково: обычный телефон - это бытовая необходимость, позор нам, что не в каждой квартире он есть; а всякие там сотовые телефоны, спутниковая связь и прочие беспроводные средства связи - это роскошь, и тот, кто хочет все это использовать, пусть платит втридорога.
Если применительно к мобильной сотовой телефонии еще можно обсуждать правомерность такого отношения (поскольку она создает дополнительные удобства, т.е. в какой-то мере роскошь, пока не удовлетворены основные потребности в услугах связи), то по отношению к фиксированным радиосетям, как телефонным, так и для передачи данных, следует определенно признать, что они решают важнейшую проблему экономической инфраструктуры - проблему телекоммуникаций вообще, т.е. их хотя бы минимального наличия и надежности; решают ее в дополнение к кабельным средствам (в городах) или вместо них (в удаленных пунктах); решают ее быстро, надежно и относительно экономично.
Действительно, данные можно передавать и по телефонному каналу (через модем). Но гораздо эффективнее передавать их в пакетном режиме. Пакетный режим можно сравнить с перевозкой грузов по автостраде в грузовиках: нет груза - грузовик не отправляется; в то время как обычные телефонные каналы подобны непрерывно работающему конвейеру: когда говоришь - насыпано, молчишь - пусто. Ясно, что пропускная способность автострады намного выше, если пускать по ней грузовики по мере их наполнения, чем если разделить ее на множество узких конвейеров; а телефонная сеть работает именно по этому второму принципу.
Поэтому передача данных в пакетном режиме дает большую экономию в использовании магистральных линий связи ("автострад"). Это относится как к кабельным, так и к беспроводным сетям. При смешанном использовании магистральной линии (и для телефонии, и для данных) пакетная передача данных в пакетном режиме оставляет больше места для обычных телефонных каналов. По абонентскому же кабелю (от абонента до узла сети) данные чаще передаются через модем (т.е. в "конвейерном", а не в пакетном режиме).
Прежде чем перейти к основному рассматриваемому нами вопросу, скажем еще несколько слов о принципах применения беспроводных технологий на магистральных сетях.
Используя разные диапазоны частот, разные виды модуляции радиоволн и разные виды антенн, в эфире тоже можно организовать "каналы связи" как по типу телефонных абонентских или магистральных кабелей (когда у канала есть определенные начало и конец), так и по типу локальной сети (см. ниже), когда к каналу одновременно подключено несколько абонентов. Первый вид радиоканала называют обычно каналом типа точка-точка, а второй, в зависимости от конфигурации антенн и типа использования, либо каналом каждый с каждым, либо каналом точка-много точек.
Для магистральных сетевых соединений используются, как правило, каналы точка-точка. Таким образом организуются, в частности, радиорелейные линии. Расстояние между соседними релейными станциями (канал точка-точка) может достигать нескольких десятков километров, при скорости передач только на порядок меньше чем на оптоволокне. Таким образом реализована, например, ТСЛ (Транссибирская Линия Связи) между Самарой и Хабаровском - за очень краткий срок, в ожидании прокладки оптоволокна. Но радиорелейные линии - это магистральные каналы общего назначения, используемые как для данных, так и для телефонии, и поэтому мы не будем на них специально останавливаться.
Передача данных между персональными компьютерами (ПК) имеет чрезвычайно нерегулярный характер, так как производится в основном по запросам работающих за ними: длительное время ПК может "молчать", не обращаясь к сети и работая автономно, а затем, по запросу, послать или запросить откуда-нибудь целый длинный файл или документ. Через низкоскоростной телефонный канал такой файл будет перекачиваться несколько минут, а пользователь перед своим экраном будет ждать и раздражаться.
Поэтому специально для межкомпьютерных коммуникаций был разработан тип сети, где для передачи данных используется общий, один на всех, высокоскоростной кабель. Не вдаваясь в технические подробности, работу такой сети можно представить себе следующим образом: каждый компьютер на сети всегда следит за общим каналом. Если текущая передача адресована ему, он ее принимает. Если он сам должен что-то передать, он дожидается, пока канал освободится, и пробует начать передачу. Если так получилось, что другой компьютер тоже попытался занять общий канал одновременно с нашим, то оба обнаруживают столкновение попыток ("коллизию"), и выждав очень небольшое время (каждый свое), пробуют снова, пока кто-нибудь не опередит другого. Зато уж, заняв общий канал, используют его целиком, на полной его скорости. Статистически, такой алгоритм работы оказывается достаточно эффективным, несмотря на потери времени из-за коллизий.
Мы описали тип сети, называемый Ethernet. Такие сети используются внутри одного здания или на небольшой территории, и потому называются локальными сетями. Ethernet стандартизован на международном уровне; есть и другие виды локальных сетей (например, Token Ring), но стандарт Ethernet завоевал почти весь мировой рынок (в России - больше 90%).
Возвращаясь к беспроводным сетям, мы находим здесь недавно разработанный и стремительно завоевывающий мировой и российский рынок новый стандарт, называемый Radio-Ethernet. Сейчас мы только укажем место, которое он занимает среди других видов сетей; более подробное описание будет дано в следующей главе.
Стандарт Radio-Ethernet имеет два применения. Первое из них - это беспроводная локальная сеть в стенах одного здания или на территории предприятия; таким образом решается проблема "ограниченной мобильности" в пределах предприятия (сотрудник с портативным компьютером, переходящий из одной комнаты в другую и отовсюду имеющий доступ к сети). Технически это применение почти не отличается от второго, к рассмотрению которого мы сейчас перейдем; но в нормативном аспекте его следует рассматривать отдельно - мы к этому еще вернемся.
Второе применение стандарта Radio-Ethernet решает
проблему подсоединения абонентов к большой сети передачи
данных, или, как говорят связисты, проблему последней мили.
Здесь мы подходим к центральной теме нашего доклада. Нам сейчас
не важны ни масштаб этой "большой сети" (город, регион,...), ни
то, как организован ее магистральный уровень (на кабелях, радиорелейках,
спутниковой связи,...). Мы займемся именно "по-
следней милей", т.е. соединением между абонентом (точнее, его
компьютером или учрежденческой локальной сетью) и ближайшим узлом
"большой сети". При этом последняя "миля" может реально выражаться
расстоянием от нескольких сот метров до 20-30 километров.
Доводить до каждого абонента отдельный радиоканал типа "точка-точка" нецелесообразно, так как высокоскоростной канал будет стоить дорого по технологическим причинам, а через низкоскоростной информация будет перекачиваться слишком медленно. Поэтому гораздо эффективнее предоставить один общий высокоскоростной канал типа "точка-много точек" в распоряжение сразу нескольких абонентов, которые будут использовать его совместно в коллизионном режиме, как в локальной сети Ethernet.
Такое решение было разработано в последние годы; будучи совместимо с обычным кабельным Ethernet'ом, оно получило название Radio-Ethernet. Недавно оно было стандартизовано международным комитетом IEEE под номером 802.11, и может теперь считаться технически созревшим и стабильным.
Мировой рынок беспроводных локальных сетей находится в бурном развитии. По оценкам фирмы Aironet, к концу 1995 года в мире функционировало около 330 000 беспроводных локальных сетей (в основном в США и странах Западной Европы и Юго-Восточной Азии), и ожидается, что к 2000 году их число достигнет 4 миллионов. В основном эта технология применяется на территориях различных складов (38%) и в супермаркетах (34%), где она дает возможность кладовщикам и продавцам всегда иметь доступ к централизованной базе данных в условиях "ограниченной мобильности" (т.е. при перемещениях со скоростью пешехода или складского погрузчика).
Заводские применения насчитывали в 1995 году 6%, и быстрого их роста не предполагается. Напротив, быстро растет применение беспроводных локальных сетей в госпиталях (3% в 1995 г., ожидается 16% в 2000 г.) и в университетах (3% в 1995 г. и 9% в 2000 г.). Запоздалый рост применения Radio-Ethernet'а в этих двух сферах деятельности вызван только фактором стоимости оборудования; ожидаемый к 2000 г. значительный процент использования соответствует прогнозу сильного падения цен.
Следует отметить, что на Западе Radio-Ethernet используется преимущественно в корпоративных сетях, ограниченных территорией склада, супермаркета, завода, госпиталя, университетского городка. Если имеется две или несколько разбросанных территорий, то строится объединенная сеть путем соединения отдельных радио-сегментов через арендованные (у местной телефонной компании) кабельные каналы. Но в целом такая сеть все равно остается частной корпоративной сетью.
В России (и в других странах СНГ) рынок беспроводных сетей с самого начала имел несколько другой профиль. Те области деятельности, в которых на Западе наиболее широко применяются беспроводные сети, в России либо еще недостаточно развиты (большие оптовые склады с автоматизированным учетом, большие супермаркеты), либо находятся в трудном финансовом положении (больницы, университеты).
С другой стороны, ввиду недостаточного развития и недостаточной надежности кабельных сетей, предприятия всех видов деятельности, в особенности имеющие несколько отделений, разбросанных по городу, ощущают острую нужду в средствах передачи данных. Особенно остро нуждаются в них банки, муниципальные власти и федеральные службы.
При этом только самые крупные банки и федеральные службы имеют возможность инвестировать в строительство собственной, полностью автономной корпоративной сети. Небольшого же или средних размеров абонента устроила бы возможность построения виртуальной частной сети, то есть такой услуги или набора услуг, предоставляемых ему оператором связи на коммерческой основе, что для него коммуникации происходили бы так, как если бы это была собственная полностью автономная сеть этого абонента. Оператор же будет упаковывать и распаковывать данные абонента, пропускать их разными маршрутами между узлами своей сети вперемежку с данными других абонентов и т.д. - все это незаметным, прозрачным для абонента образом.
Таким образом, рынок беспроводных сетей данных в России, в отличие от западного рынка, формируется операторами в большей мере, чем абонентами: именно операторы закупают оборудование Radio-Ethernet, чтобы с его помощью предоставлять услуги беспроводной связи абонентам. Эти услуги - межсоединение локальных сетей абонента и доступ ко всемирной сети Интернет; мы рассмотрим их в следующих параграфах.
Рассмотрим фирму или учреждение средних размеров с несколькими отделениями, разбросанными по городу (не обязательно в Москве). Например, это может быть сеть магазинов бытовой электроники, или муниципальная служба занятости. Будем называть такую фирму или учреждение "корпоративным пользователем".
Каждое из этих отделений, как правило, хорошо оборудовано оргтехникой - всюду есть факс, один или несколько компьютеров; когда их несколько, они обычно бывают объединены в кабельную локальную сеть Ethernet, к которой подключен еще лазерный принтер, а иногда и файл-сервер (т.е. компьютер для хранения общих файлов).
Столь же общим правилом является нехватка в таком учреждении телефонных линий - их одна, максимум две на отделение, и они сильно загружены. Невозможно постоянно занимать линию для нужд передачи данных между компьютерами. Кроме того, как мы уже говорили выше, такая передача данных имеет характер нерегулярно проходящих "сгустков" информации, и телефонная линия, даже высококачественная, меньше подходит для нее, чем общий кабель локальной сети.
Поэтому такие предприятия ищут другие способы быстро и надежно объединить свои разбросанные по городу компьютеры и локальные сети в единую корпоративную сеть.
Оборудование Radio-Ethernet прекрасно подходит для эффективного обеспечения "последней мили" вместо абонентского телефонного кабеля: небольшая ШПС-антенна на крыше или даже в окне абонента обеспечит связь с другой ШПС-антенной, являющейся точкой доступа в сеть коммерческого оператора. Оператор обеспечивает связь между всеми точками доступа (по кабельным или радиоканалам) и правильную маршрутизацию данных каждого корпоративного пользователя из конца в конец сети, так что действительно каждый такой пользователь сможет работать как если бы это была его собственная выделенная сеть.
Мы рассмотрели "небольшого" пользователя, не имеющего шансов построить свою собственную сеть. Но даже крупный пользователь, со многими десятками отделений по городу (например, Сбербанк), имеет экономический интерес обратиться к оператору (когда в городе есть оператор) вместо того, чтобы строить собственную сеть. Чем больше абонентов, тем выгоднее становится развивать и эксплуатировать сеть - как для ее оператора, так и для самих абонентов за счет снижения тарифов.
Теперь мы рассмотрим любого абонента - как корпоративного, так и совсем небольшого, вплоть до частного лица у себя в доме или на квартире. Наш абонент имеет персональный компьютер или небольшую локальную сеть (если это маленькая фирма), и скорее всего уже имеет практику работы в мировой сети Интернет. Для выхода в сеть он пользуется модемом и занимает телефонную линию (скорее всего единственную) его квартиры или офиса.
Так как при этом скорость передачи весьма невелика, линия занимается надолго, со всеми вытекающими отсюда неудобствами, не говоря уже о спаренных телефонных линиях.
Наш абонент пользуется Сетью (так теперь коротко называют сеть Интернет ее приверженцы) для очень многих целей. Это и электронная почта, и участие в телеконференциях на разные темы, и поиск информации в различных базах данных - коммерческих, муниципальных, профессиональных... .
При этом с каждым годом наш абонент привыкает ко все более удобной работе с компьютером за счет новых программ - более наглядных, быстрых, эргономичных. Естественно, его требования к работе в Сети увеличиваются в ту же сторону. Появившаяся совсем недавно концепция Web (полностью - World-Wide Web, "всемирная паутина", WWW), заключающаяся в свободно растущей совокупности сообщающихся между собой серверов с самой разнообразной информацией и унифицированными правилами доступа и поиска, оказалась настолько популярной, что в настоящее время число как серверов Web, так и абонентов Сети удваивается каждые 6 месяцев. В России, после периода начального отставания, этот процесс разрастания сети Интернет идет еще быстрее.
Возвратимся к нашему абоненту. С серверов Web он получает информацию в виде графических "страниц", в цвете, а иногда даже озвученных и со включением видео. Естественно, получить такую информацию по телефонной линии затруднительно и требует много времени.
И тут абоненту приходит на помощь оператор сети передачи данных с беспроводным доступом. Принцип тот же, что и описанный в предыдущем параграфе, но в данном случае обмен данными будет происходить не между разными отделениями одной и той же фирмы, а между абонентом и сервером.
При этом какие-то серверы могут быть подключены непосредственно к сети данного оператора, например беспроводным способом. Но для включения в мировую сеть Интернет оператор обеспечивает выход в какую-нибудь уже включенную в Интернет сеть, и через этот шлюз распространяет услуги Интернета на всех своих абонентов.
Использование технологии Radio-Ethernet на уровне абонентского доступа дает возможность удобного выхода в Сеть через радиоканал в 2 Мбит/с, который, хотя и находится в совместном использовании несколькими абонентами, дает каждому достаточно удобный доступ. Абонент постоянно подсоединен к сети; запрос на нужную информацию посылается и обслуживается немедленно (а по телефону нужно каждый раз сначала набирать номер и ждать соединения).
Кстати, телефонная линия при этом остается свободной для обычных звонков.
В предыдущих параграфах этой главы мы постарались обосновать разумность и эффективность появления на российском рынке новых операторов беспроводных сетей передачи данных с использованием технологии Radio-Ethernet, а также описали две группы услуг, ожидаемых пользователями от таких операторов. В этом параграфе мы приводим сведения об уже существующих операторах и частных (корпоративных) пользователях, а также об операторах, находящихся на разных стадиях оформления лицензий и разрешений на частоты.
На сегодняшний день в России функционирует более 1000 систем Radio-Ethernet. Развитием сетей по этой технологии занято 235 компаний в 126 городах РФ. Технология Radio-Ethernet широко используется и в других странах СНГ (Украина, Белоруссия, Казахстан, Молдова, Грузия, Армения, Узбекистан), в значительной степени благодаря усилиям российских сетевых интеграторов.
Сегодня действует или находится в стадии образования около 20 региональных операторов беспроводных сетей. Три беспроводных сети уже действуют в Москве, крупные сети действуют в Екатеринбурге, Тольятти, Тюмени, Сургуте, Краснодаре. Сооружаются сети в Новосибирске, Самаре, Иркутске, Кургане, Ростове и в других крупных региональных центрах .
Все операторы беспроводных сетей объединились в ассоциацию БЕспроводных СЕтей передачи ДАнных (БЕСЕДА), которая в свою очередь вошла в качестве комитета в Ассоциацию Документальной Электросвязи при Министерстве Связи РФ. Цель этой ассоциации - разработка единой политики в области беспроводных сетей передачи данных, касающейся их технологического развития, маркетинга услуг, межсетевого взаимодействия и т.д. Одной из поставленных задач является создание межрегиональной, а в будущем и всероссийской, сети передачи данных, использующей Radio-Ethernet в качестве технологии абонентского доступа.