Сотовые системы третьего поколения
Многие телекоммуникационные операторы начинают внедрять так называемые сотовые системы третьего поколения, или сотовые системы 3G (3G cellular). Универсальная система мобильной связи (universalmobiletelecommunicationssystem, UMTS) способна передавать данные со скоростью 2 Мбит/с вне помещений, до 384 Кбит/с в городских условиях и до 144 Кбит/с в сельской местности. Поэтому системы 3G могут поддерживать мультимедийные приложения. Специалисты в области беспроводных сетей задаются таким вопросом: могут ли системы 3G вытеснить технологию беспроводных локальных сетей стандарта 802.11 (Wi-Fi)? При высоких скоростях передачи данных вне помещений системы 3G представляют собой альтернативу для беспроводных локальных сетей. Однако сети стандарта 802.11 продолжают повышать свои характеристики, которые и сейчас значи-
тельно превышают таковые систем 3G. Например, стандарт 802. Па регламентирует передачу данных со скоростью 54 Мбит/с, что намного больше скорости, присущей системам 3G. Кроме того, стоимость развертывания беспроводной локальной сети намного ниже.
Однако беспроводные локальные сети не пригодны на обширных пространствах, поскольку требуют слишком развитой инфраструктуры. Технология 3G позволяет использовать существующие мачты систем сотовой связи и распределительные системы. Затраты на модификацию сотовых систем первого и второго поколений до систем 3G все еще высоки, но это наиболее подходящий метод для обеспечения беспроводных соединений на больших площадях.
Таким образом, системы 3G и системы беспроводных локальных сетей дополняют одна другую. Это побуждает группы стандартизации и производителей искать пути для плавной интеграции систем сотовой связи третьего поколения и беспроводных локальных сетей. И уже сейчас доступны мобильные телефоны и PDA, применяющие обе эти технологии. Благодаря этому пользователь, выходя из зоны действия беспроводной локальной сети, автоматически начинает работу в сотовой системе связи. Однако до сих пор не разработаны стандарты, описывающие такую
форму роуминга, что вынуждает пользователя тщательно выбирать поставщика услуг, поддерживающего работу телефона и PDA пользователя.
Служба коротких сообщений (sms)
Одним из наиболее востребованных сервисов беспроводных глобальных сетей является служба коротких сообщений (shortmassageservice, SMS). Она представляет собой систему передачи текстовых сообщений, способную одновременно передавать две сотни символов. SMS — это беспроводной вариант широко известных приложений обмена текстовыми сообщениями, работа которых обеспечивается многими Internet-провайдерами. Дополнительные возможности применения SMS, характерные для беспроводных глобальных сетей, перечислены ниже.
• Распределение содержимого. SMS — эффективное средство распределения всевозможных обновлений для пользовательских устройств. Так, пользователь может загрузить новую мелодию звонка и фоновую заставку на свой телефон при посредстве SMS. Кроме того, служба SMS позволяет пользователям делать запросы к базам данных и получать новости. Например, вы можете узнать о последних чрезвычайных происшествиях, получая SMS-сообщения.
• Предупреждения. Многие операторы рассылают пользователям различные
предупреждения: о поступлении речевой почты, счет спортивного состязания, текущий биржевой курс и др. Это позволяет пользователю получать свежую информацию о том, что произошло в сфере его интересов.
• Интерактивное взаимодействие. В некоторых телевизионных шоу предполагается взаимодействие зрителей и гостей с помощью SMS. Благодаря этому телезрители могут участвовать в передаче.
• Интеграция приложений. Разработчики могут интегрировать службу SMS во многие корпоративные приложения. Так, систему управления продажами, позволяющую агентам по продаже товаров отслеживать клиентов и продукты, можно дополнить службой SMS. Такое дополнение механизма рассылки предупреждений весьма полезно: агенты по продаже товаров могут получать извещения о том, что какой-то продукт поступил в продажу.
На многих Web-сайтах используется язык гипертекстовой разметки для беспроводной связи (wirelessmarkuplanguage, WML), с помощью которого осуществляется преобразование обычных Web-страниц в формат, более пригодный для чтения с помощью малогабаритных устройств, таких как PDA или сотовый телефон. WML также уменьшает объем изображений, чтобы компенсировать меньшую скорость передачи, характерную для беспроводных технологий.
Беспроводные глобальные сети на основе космических технологий
Помимо наземных систем сотовой связи средства для соединения пользователей через сеть на обширных пространствах предоставляют системы космического базирования.
Спутники
Спутники для вещательного телевидения и других коммуникаций используются уже несколько десятилетий. Но подключать абонентов к Internet спутниковые системы начали совсем недавно (рис. 7.7). Скорости передачи данных вполне приемлемые, при загрузке — до 1,5 Мбит/с.
Некоторые спутниковые системы поддерживают двусторонний обмен данными, позволяя пользователям посылать данные на спутник (и в обратном направлении). Например, мобильное устройство пользователя может передать на спутник запрос на просмотр Web-страницы. Спутник передает эти данные на соответствующую наземную станцию, которая затем перешлет Web-страницу через спутник пользователю. Отдельные спутниковые системы поддерживают только нисходящий канал связи. Пользовательское устройство может затребовать Web-страницу через другуюсеть, например телефонную, после чего спутник передаст страницу пользователю.
За счет размещения активных радиоповторителей на искусственных спутниках Земли можно обеспечить широковещание и связь типа "точка-точка" на больших участках земной поверхности. Возможность широковещания спутникового повторителя уникальна. При должном выборе диаграммы направленности антенны спутника он может обеспечивать вещание в строго определенной области.
Рис. 7.7. Спутниковая система резко расширяет область действия беспроводной глобальной сети
В зависимости от решаемых задач спутники размещаются в различных точках геостационарной орбиты. Для обеспечения глобальной области действия необходимы, как минимум, три спутника. Однако для того чтобы уровень радиосигналов был примерно постоянным, спутников должно быть четыре. Это также дает некоторую свободу в их позиционировании.
Спутниковые телекоммуникационные системы используют наиболее подходящие для этих целей частотные диапазоны, в которых обеспечиваются высокий выход по энергии, минимальные искажения сигнала при его распространении и минимальная восприимчивость к шуму и помехам. К сожалению, для наземных систем наиболее привлекательны те же частоты. Космос интернационален, поэтому контроль за распределением частот работы спутников осуществляет Международный союз телекоммуникаций (Internationaltelecommunicationsunion, ITU).
Полоса частот от 450 МГц до 20 ГГц наиболее приемлема для каналов связи типа Земля-космос-Земля. Нет смысла устанавливать каналы связи, работающие на частотах свыше 20 ГГц, с наземными терминалами, расположенными в климатических зонах с большим количеством осадков, если необходим высокий коэффициент готовности.
При работе во всех частотных диапазонах для нисходящего канала используются низшие частоты спектра, поскольку к нему предъявляются строжайшие ограничения по мощности. Такие частоты менее чувствительны к затуханию радиоволн в свободном пространстве, чем радиоволны более высоких частот восходящего канала. Потери проще компенсировать для восходящего канала, поскольку наземные станции могут обеспечивать большую излучаемую мощность.
Спутник выполняет роль повторителя сигнала. Сигналы передаются на него по восходящему каналу и в режиме широковещания возвращаются на Землю по нисходящему каналу. Устройства, выполняющие подобные функции, принято называть ретрансляторами. Спутниковый ретранслятор является аналоговым и обслуживает каналы наземных систем связи. Он может принимать, усиливать и повторно передавать сигналы наземных терминалов, а также выполнять функции ретрансляции для одного или нескольких радиотелекоммуникационных каналов.
Период обращения низкоорбитальных спутников, имеющих круговую, полярную или наклонную орбиту, меньше чем 24 часа. Поэтому с поверхности Земли заметны их перемещения. Эти орбиты удобны для наблюдения за происходящими на Земле процессами, а также используются для связи в высоких северных и южных широтах.
Особый интерес для линий передачи данных общего пользования представляет геостационарная орбита. Спутник, выведенный на эту орбиту, имеет период обращения 24 часа и высоту над поверхностью Земли около 35 880 км (22 300 миль). Он все время находится над одной и той же точкой экватора, поэтому наземному наблюдателю спутник кажется неподвижным.
На самом деле это не так. Даже если орбита спутника в точности круговая и высота выдержана с высокой точностью, из-за природных явлений (таких как слабые гравитационные поля Луны и планет Солнечной системы, а также из-за давления, вызванного излучением Солнца) наблюдается его небольшой дрейф. Последствия этого медленного и малоощутимого дрейфа время от времени корректируются с помощью ракетных двигателей малой тяги, управляемых с Земли.
Поскольку радиосигналы преодолевают довольно большое расстояние (около 22 300 британских статутных миль2 от наземного терминала до геостационарной орбиты), при передаче сигнала между наземным терминалом и спутником получается задержка около 100 мс. Это означает, что на пути Земля-спутник-Земля задержка составит уже 200 мс. Это делает спутниковую систему неудобной для использования с протоколами (например, 802.11), ожидающими ответа после передачи каждого пакета информации и лишь после этого передающими следующий пакет. Поэтому многие сетевые протоколы, требующие регулярных подтверждений от получателя, неэффективно работают в условиях спутниковой связи.