Мобильный WiMAX: реалии и перспективы
Данила Шеповальников
Источник: Статья опубликована в журнале «Экспресс-электроника», #01/2006 Электронный вариант статьи http://www.citforum.ru/nets/wireless/wimax/
7 декабря 2005 года произошло долгожданное событие - спецификация мобильной версии WiMAX была одобрена международной организацией IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). На проработку и согласование деталей у Института ушло почти три года, в течение которых поочередно рассматривались и отвергались различные промежуточные варианты - разработчики никак не могли прийти к единому мнению. Но в спорах, как известно, рождается истина. Новый стандарт, ориентированный на использование в связке с мобильными устройствами, получил кодовое наименование IEEE 802.16e-2005 и пополнил обойму технологий для построения беспроводных широкополосных сетей.
Для многих синонимом беспроводной связи стало маркетинговое название семейства стандартов Wi-Fi (IEEE 802.11). Фактически же стандартов для построения широкополосных беспроводных сетей существует больше. Основная их классификация подразумевает разбиение технологий на группы (семейства) в зависимости от масштабов сетей, в которых эти технологии применяются. Так, к принятым стандартам, ориентированным на персональные радиосети (WPAN), относится Bluetooth (IEEE 802.15), обладающий скромной пропускной способностью и радиусом действия (для спецификации 1.2 максимальная скорость передачи информации не превышает 721 кбит/с), а также Wireless USB, представляющий собой надстройку над технологией сверхширокополосной связи (максимальная пропускная способность - 480 Мбит/с). Группа стандартов Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g) предназначена для создания локальных широкополосных беспроводных сетей (WLAN), а также для организации публичных хот-спотов. Благодаря скорости передачи данных от 11 до 54 Мбит/с (в зависимости от версии стандарта), а также простоте развертывания хот-спотов, Wi-Fi стал оптимальным решением при организации коллективного доступа на ограниченной площади - например, в пределах одного здания. Хотя по меркам крупных населенных пунктов радиус действия беспроводной зоны доступа одной базовой станции 802.11 чрезвычайно мал. С помощью всевозможных усилителей и специальных антенн его можно расширить, но по своей эффективности это равносильно натягиванию миниатюрной туфельки Золушки на ноги ее непутевых сестер. Организация единой широкополосной беспроводной сети масштаба города (WMAN) Wi-Fi не по плечу: в 2001 году для работы на больших расстояниях был разработан и предложен другой стандарт, названный WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access (международное взаимодействие для микроволнового доступа). В отличие от Wi-Fi группа стандартов WiMAX (IEEE 802.16) использует более широкий диапазон частот и канал, в результате скорость передачи данных может достигать 134 Мбит/с. Кроме того, WiMAX характеризуется дальнобойностью - расстояние между устройствами может составлять 50 км - причем нет необходимости располагать их в зоне прямой видимости.
Так же, как и в случае с Wi-Fi, семейство WiMAX включает несколько редакций одного и того же стандарта - первая была утверждена еще в 2001 году. В 2002-м обнародована вторая редакция - 802.16а, затем в июне 2004 года опубликована третья - 802.16d (официально - 802.16-2004). Наконец, в декабре 2005 года появился долгожданный 802.16e-2005. По сути, новый стандарт вобрал в себя описание редакции 802.16-2004, а также одобренные к ней поправки, ранее предлагавшиеся в проектах IEEE 802.16e и 802.16f. Зачем понадобились разные версии одного и того же стандарта - ведь это по идее должно провоцировать несовместимость устройств и путаницу на рынке? Понять смысл данного явления помогут предложенные организацией WiMAX Forum определения видов доступа, которые должен поддерживать современный широкополосный беспроводной стандарт. Таких видов насчитывается пять: фиксированный доступ, сеансовый доступ, доступ в режиме транспортировки, простой мобильный доступ и полнофункциональный мобильный доступ. Первые два типа подразумевают, что пользовательское устройство находится по отношению к оборудованию и сети оператора в одном и том же месте либо всегда, либо в течение одной сессии. Доступ в режиме транспортировки допускает перемещение устройства с небольшой скоростью в ограниченной зоне действия с сохранением сеанса связи. Упрощенный и полноценный мобильные доступы предполагают поддержку непрерывного сеанса связи при движении с высокой скоростью в зоне покрытия беспроводной сети.
Рис.1. Масштабы беспроводных сетей.
Каждый из перечисленных видов доступа обладает своими особенностями - они должны быть учтены и предусмотрены при разработке стандартов связи. До недавнего времени WiMAX был стационарен: версия, предложенная в 2004 году, оптимизирована для использования в режимах фиксированного и сеансового доступа. Однако с принятием всех необходимых поправок и утверждением 802.16e-2005 проблему поддержки мобильных режимов доступа также удалось решить, в результате WiMAX обрел универсальность.
IEEE 802.16e-2005: возможности технологии
В основу стандарта IEEE 802.16e-2005 легли спецификации предшествующей редакции - 802.16-2004. Максимальная скорость передачи данных посредством мобильного WiMAX в теории должна составлять порядка 20 Мбит/с, при этом на каждое пользовательское устройство будет выделяться канал с пропускной способностью от 1 до 5 Мбит/с. Дистанция качественного соединения может достигать 3 км. Положительное свойство стандарта - широкий диапазон рабочих частот, от 2 до 11 ГГц.
Говоря о возможностях мобильной версии WiMAX, необходимо упомянуть другой беспроводной стандарт, чье появление подстегнуло разработчиков IEEE 802.16e-2005 и в какой-то мере ускорило его утверждение. В 2002 году проектная группа под кодовым именем PG302, входящая в состав Института электронных и телекоммуникационных разработок Южной Кореи, совместно с компанией Samsung Electronics представила рабочий проект технологии беспроводной связи, основанной на созданном ими стандарте Wireless Broadband и названном WiBro. Корейский стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,3 ГГц, при ширине радиоканала 9 МГц. Метод доступа к среде передачи - OFDMA, режим передачи - временной дуплекс (TDD). Базовая станция WiBro обладает пропускной способностью до 18 Мбит/с, а пользовательское оборудование (абонентская станция, терминал) - до 6 Мбит/с. Максимальная скорость в расчете на одного абонента составляет до 3 Мбит/с. Базовая станция WiBro поддерживает зону действия беспроводной сети радиусом 1 км, что в общем-то не много, однако ключевой особенностью стандарта является обеспечение качественной, с незначительным снижением пропускной способности связью терминалов, передвигающихся со скоростью до 60 км/ч.
При вступлении в 2004 году в консорциум WiMAX Forum компания Samsung Electronics принесла с собой наработки в области беспроводной связи, предложив WiBro в качестве единого мобильного широкополосного стандарта. К сожалению или к счастью, прочие члены консорциума эту идею не поддержали. Но один из основных вдохновителей WiMAX Forum, корпорация Intel, стала инициатором обеспечения совместимости WiBro и IEEE 802.16e-2005, спецификации которых в конечном итоге могут оказаться весьма схожими.
Рис.2. Пирамида беспроводной связи.
Сертификация WiMAX
Необходимо отдавать себе отчет в том, что с момента ратификации 802.16e-2005 до начала его коммерческой эксплуатации пройдет еще много времени. Почему? Пожалуй, главная причина в сложности процесса сертификации нового стандарта и соответствующего ему оборудования.
Сертификация и тестирование решений 802.16e-2005 проводится в Испании, в лабораториях компании Cetecom. Данная процедура состоит из пяти этапов, назначенных консорциумом WiMAX Forum, в ходе каждого из них выпускаемое оборудование проверяется на соответствие установленным требованиям. На первом этапе выявляется совместимость базовых и абонентских станций, работающих в ключевом для WiMAX диапазоне 3,5 ГГц, то есть определяется их способность поддерживать связь между собой на физическом уровне. По мнению членов консорциума, сертификации на первом этапе недостаточно для ввода оборудования в коммерческую эксплуатацию. Вторая ступень тестирования предназначена для испытаний базового и абонентского оборудования внешнего исполнения на предмет совместимости режимов безопасности, качества обслуживания (Quality of Service, QoS), а также других функций. Это необходимо сделать, чтобы исключить несовместимость ширины радиоканала и некоторых параметров, поскольку для согласованного взаимодействия устройств не достаточно только работы в одном и том же частотном диапазоне. Третий этап сертификации ориентирован на оборудование PCMCIA и домашние абонентские устройства. По завершении данной процедуры операторы смогут начать массовое развертывание зон WiMAX. Последние два этапа сертификации касаются мобильной редакции WiMAX и совместимого с ней оборудования. Надо отметить, что производители имеют возможность проигнорировать первые три стадии сертификации и подключиться к процессу на четвертом этапе. Впрочем, подобным образом следует поступать только в том случае, если они планируют выпускать оборудование, предназначенное лишь для мобильных широкополосных беспроводных сетей.
В декабре компания Cetecom начала первый этап тестирования на взаимную совместимость стационарного WiMAX-оборудования, представленного к сертификации. Предполагается, что первые три этапа завершатся к концу 2006 года. Тогда же планируется определить на 2007 год порядок тестирования и сертификации устройств на совместимость с мобильной версией WiMAX. Соответственно, запуск первых мобильных сетей WiMAX в коммерческую эксплуатацию стоит ожидать никак не раньше 2008 года. И хотя периодически появляются сообщения о тех или иных проектах по развертыванию WiMAX-зон, относиться к ним нужно с изрядной долей скепсиса. Процедура сертификации имеет немало подводных камней и нюансов - уже сегодня очевидно, что лейбл "WiMAX Certified" по крайней мере на первых порах не будет гарантировать совместимость ранее не тестировавшегося друг с другом оборудования.
Кстати, у упомянутого в данной статье корейского аналога мобильного WiMAX - стандарта WiBro, перспективы гораздо более реальные. Сейчас ведущие телекоммуникационные операторы Южной Кореи занимаются построением и тестированием мобильных сетей на базе WiBro - их коммерческий запуск запланирован на текущий год. Этот стандарт активно продвигает один из его разработчиков - компания Samsung Electronics, подписавшая соглашения на поставку оборудования WiBro в США и Бразилию. Кроме того, при поддержке Samsung итальянский оператор Telecom Italia развернет тестовую беспроводную зону WiBro на территории проведения зимних Олимпийских игр, которые состоятся в Турине с 10 по 26 февраля.
Мобильный WiMAX в России
На пути распространения мобильной версии стандарта WiMAX в России стоит серьезное препятствие - проблема с лицензированием частот. Выпускаемое производителями оборудование для сетей WiMAX поддерживает три основных диапазона: 2,5-2,7, 3,4-3,6 и 5-6 ГГц. Причем около 40% устройств ориентировано именно на диапазон 3,5 ГГц, чуть меньше - на 5 ГГц и лишь незначительная доля рассчитана на работу в диапазоне от 6 до 11 ГГц. В отличие от большинства европейских государств, где частотный диапазон 3,5 ГГц свободен, в нашей стране он используется наземными и спутниковыми радиосистемами, в том числе военного назначения. Диапазон 2,5-2,7 ГГц занят спутниковым телевидением (высокочастотными распределительными MMDS-системами). Свободным на сегодняшний день диапазоном, пригодным для существующего WiMAX-оборудования, остается 5,725-5,850 ГГц.
Совершенно ясно, что во многом перспективы внедрения новой технологии зависят от действий Министерства ИТ и связи РФ. Специальная правительственная программа по высвобождению некоторых диапазонов частот путем модернизации или списывания военных систем и систем специального назначения стартовала еще в конце 2004 года, но пока не принесла желаемых результатов. Принятый закон "О связи" подразумевает выделение и раздачу диапазонов частот операторам на конкурсной основе, хотя четкие условия оформления лицензии еще не определены.
Существует и другой путь внедрения высокоскоростной широкополосной технологии - выпуск "экслюзивных" WiMAX-устройств, адаптированных для российского рынка, то есть поддерживающих свободные у нас и не популярные в Европе диапазоны частот. Вполне вероятно, что этим путем воспользуется ряд производителей, имеющих лицензии и разрешения на создание подобного оборудования. Не стоит также исключать возможность высвобождения в будущем отдельных, недоступных ныне диапазонов.
По прогнозам аналитиков, первые коммерческие мобильные WiMAX сети появятся в России не ранее 2010 года. Впрочем, проблема отсутствия свободных частот может быть решена благодаря постепенной замене широкополосных публичных сетей. Но вряд ли имеет смысл рассматривать IEEE 802.16e-2005 в качестве серьезного конкурента ныне действующей мобильной связи. Построение WiMAX-сетей с нуля потребует колоссальных затрат, поэтому наиболее реальные для операторов перспективы заключаются во внедрении высокоскоростного мобильного доступа, дополняющего существующие технологии сотовой связи.