В течение многих лет беспроводные глобальные сети передачи данных (wireless WAN) сулили нам мгновенный доступ к информации из любой точки. Однако на деле все оказалось несколько иначе, что во многом объясняется скоростями соединений, которые иначе как черепашьими назвать нельзя — в большинстве сетей они достигали максимум 14,4 Кбит/с. Хотя беспроводные глобальные сети пришлись весьма кстати для мобильных пользователей и специализированных приложений вертикальных рынков, потоки данных до сих пор составляют менее 5% общего беспроводного трафика: остальное занимает передача голоса.
Ответным шагом телекоммуникационной индустрии стали интеллектуальные телефоны с микробраузерами, которые принимают данные маленькими порциями, а не «залпом». Для этого отрасли потребовалось разработать протокол беспроводных приложений (Wireless Application Protocol, WAP); он производит сильное впечатление с технической точки зрения, однако для него нужно создавать информационное наполнение и приложения, специально ориентированные на беспроводные устройства. Ряд компаний предложили, правда, промежуточное программное обеспечение (middleware) для поддержки приложений беспроводной связи, но оно не пользуется особым успехом.
Ситуация может измениться с появлением в большинстве мировых сотовых сетей более скоростных служб передачи данных. Первой из них оказалась универсальная служба радиосвязи с пакетной передачей данных (General Packet Radio Service, GPRS). В будущем именно она должна лечь в основу глобально доступной, высокоскоростной, беспроводной сети IP. Пользователям не нужно будет набирать специальный номер для подключения к Internet, и эти соединения будут длительными и надежными. Наконец, можно будет работать с ресурсами Internet и одновременно с офисными приложениями, не подвергая риску свою среду.
Технология GPRS разрабатывалась в расчете на сети глобальной системы мобильной связи (Global System for Mobile Communications, GSM), но, как ожидается, она послужит основой для магистрали передачи данных в беспроводных сетях на базе стандарта множественного доступа с разделением по времени (Time Division Multiple Access, TDMA), таких операторов, как AT&T Wireless Services и SBC Communications.
Прежде чем такое благоденствие станет реальностью, пользователи должны получить возможность без труда приобретать беспроводные модемы и сотовые телефоны, поддерживающие передачу данных, а операторы — предлагать соответствующие услуги связи с широким охватом и по разумной цене. В этой статье я постараюсь рассказать, как работает служба GPRS, чего от нее можно реально ожидать и как воспользоваться ее достоинствами. Я также попытаюсь объяснить, почему, на мой взгляд, GPRS будет играть главную роль в сотовых системах третьего поколения (3G).
Значения скорости передачи могут быть самые разные, так как в этом отношении GPRS обладают значительной гибкостью. Теоретический максимум скорости GPRS составляет чуть больше 160 Кбит/с, однако первое время операторы будут поддерживать скорость в диапазоне от 26 до 52 Кбит/с. Эти скорости, конечно, не поражают воображение, однако они вполне сравнимы со значениями, привычными для мобильных пользователей, и будут достаточны для многих приложений. Поддержка качества обслуживания (QoS) позволит приложениям задавать такие параметры, как пропускная способность, задержка и уровень надежности; впрочем, на первых порах от QoS не следует ожидать слишком многого. Лучше рассматривать QoS как ключ к реализации будущих беспроводных мультимедийных приложений, таких, как передача голоса и видео.
Еще один заманчивый аспект GPRS — глобальный охват, хотя в первую очередь эта служба будет доступна в Европе и Азии, где базовые сотовые сети GSM распространены гораздо шире, чем в Америке. Как только операторы заключат между собой соглашения по роумингу GPRS и многочастотные устройства появятся в продаже, все желающие смогут иметь доступ к службам GPRS более чем в ста странах мира.
Операторы TDMA также склоняются в пользу GPRS, принимая на вооружение технологию беспроводной передачи данных под названием EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution). EDGE и GPRS базируются практически на одной и той же инфраструктуре и одинаковых внутренних протоколах, различаясь лишь в том, что EDGE использует более сложный интерфейс радиосвязи. Фактически сеть GPRS может быть модернизирована до EDGE.
А что же насчет устройств с поддержкой GPRS? Можете смело дать волю своему воображению — все, что вам удастся себе представить, с большой долей вероятности воплотится в реальность, включая мобильные телефоны с поддержкой GPRS, модемы PC Card для ноутбуков, компактные флеш-карты для карманных компьютеров, модули для Palm Pilot и Handspring Visor и т. д. Кроме того, GPRS будет совместима с WAP.
Если вы думаете, что GPRS сойдет со сцены под натиском сотовых технологий третьего поколения, то можете не беспокоиться. Службы передачи данных для сетей широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (Wideband Code Division Multiple Access, W-CDMA, 3G-версия GPRS) используют набор протоколов и инфраструктуру GPRS с некоторыми усовершенствованиями. На самом деле, организации по стандартизации сотовой связи уже договорились о том, как можно превратить передачу голоса в обычное приложение IP, работающее поверх GPRS в сетях 3G. В сетях CDMA (используемых операторами SprintPCS и Verizon) применяется другая архитектура беспроводной передачи данных, но ее рассмотрение выходит за рамки настоящей статьи. Тем не менее, с учетом мирового господства GSM, можно смело утверждать, что в ближайшее десятилетие GPRS будет ключевой технологией беспроводной передачи данных.
GPRS позволяет защитить данные несколькими способами. Во-первых, как и в телефонах стандарта GSM, пользователь должен иметь SIM-карту (Subscriber Identity Module — модуль идентификации подписчика), которая вставляется в устройство GPRS. Кроме того, сеть может запросить у пользователя пароль по протоколу CHAP (Challenge Handshake Authen-tication Protocol) или PAP (Password Authentcation Protocol). Из соображений конфиденциальности в GPRS эфирный канал шифруется, а на отрезке между GGSN и внешней сетью оператор может по своему усмотрению использовать протокол IPSec. Более того, поскольку связь осуществляется на основе IP, пользователи с помощью технологии VPN имеют возможность применять средства обеспечения безопасности между конечными точками.
Технология GPRS не просто взяла удачный старт: ее ожидает и блестящее будущее, вслед за долгим путем эволюционного развития. Первое усовершенствование, которое операторы должны будут внести в GPRS, — это реализация новых схем кодирования для повышения скорости передачи данных до 15 или 21 Кбит/с для одного временного окна (сегодня эта скорость составляет 13 Кбит/с). Новые схемы кодирования предусматривают уменьшение объема передаваемой информации для контроля ошибок, и потому для них требуется более мощный сигнал. Впрочем, еще ни один оператор не изъявил готовности взять на вооружение эти новые схемы, так как следующая стадия модернизации, EDGE, обеспечивает гораздо более высокую производительность. EDGE — это новый интерфейс радиосвязи, где используются новые схемы кодирования, новый алгоритм модуляции, а также функция динамического выбора оптимальной комбинации схемы кодирования и алгоритма модуляции, исходя из функций интенсивности ошибок. Опираясь на такую передовую технологию радиосвязи, EDGE позволяет добиться уровня скорости в 60 Кбит/с в каждом временном окне, в результате теоретический максимум общей пропускной способности составляет 470 Кбит/с (при задействовании всех восьми временных окон) — почти вчетверо больше, чем в GPRS.
Технология GPRS, использующая интерфейс радиосвязи EDGE, называется Enhanced GPRS, или EGPRS. Нынешние операторы TDMA, ориентирующиеся на стандарт ANSI-136 (например, AT&T Wireless Services и SBC), планируют к 2002 г. развернуть службы передачи данных нового поколения на базе разновидности технологии EGPRS под названием EGPRS-136. В настоящее время EGPRS является самой скоростной разновидностью службы передачи данных как для сетей GPRS, так и для сетей ANSI-136 TDMA, где такие службы должны быть интегрированы в существующие голосовые сотовые сети второго поколения. Но что если бы у вас была возможность забыть обо всем, получить новый спектр частот и построить технологию сотовой связи с нуля? Именно так и произошло со службой GPRS нового поколения, широкополосной CDMA (Wideband CDMA); иногда ее также называют универсальной системой мобильной телефонии (Universal Mobile Telephone System, UMTS).
UMTS — один из стандартов, которые Международный союз электросвязи (ITU) утвердил в качестве сотовой технологии 3G. Он удовлетворяет требованиям ITU в отношении обеспечиваемых скоростей передачи данных: 144 Кбит/с в мобильном режиме, 384 Кбит/с при перемещении со скоростью пешехода вне здания и 2 Мбит/с внутри здания. UMTS использует совершенно новую технологию радиосвязи на базе CDMA с каналами шириной 5 МГц, но при этом архитектура передачи данных остается той же, что и у GPRS, включая, в частности, узлы SGSN и GGSN. Необходимый спектр частот уже доступен в крупных европейских странах и Японии, так что к 2002 г. следует ожидать первые предложения услуг в сетях UMTS, хотя широкомасштабное их развертывание может растянуться до конца десятилетия.
Еще интереснее будет следующая стадия развития GPRS. Хотя первоначально GPRS планировалась как служба передачи данных, работающая параллельно со службами голосовой связи, группы разработки стандартов начинают думать над тем, каким образом можно было бы задействовать GPRS для поддержки голосовых служб, используя протоколы VoIP. Инфраструктура GPRS, основанная на протоколе активизации сеансов (Session Initiation Protocol, SIP), может превратиться в фактически базовую сеть для систем 3G, поддерживающую разнообразные мультимедийные службы, включая передачу голоса. Многое еще предстоит уточнить, прежде чем такие сети станут реальностью, и в первую очередь это касается качества обслуживания — QoS. Стандарты и механизмы QoS, как и стандарты передачи голоса через Internet, еще только начинают формироваться. Более того, механизмы QoS, определенные для беспроводных сетей, несколько отличаются от аналогичных механизмов для проводных сетей, что связано с самой сущностью радиоинтерфейса; таким образом, эти два типа механизмов необходимо согласовать. Тем не менее возможности сквозной передачи мультимедиа поверх IP создает предпосылки для появления многих новых видов приложений и обещает снизить стоимость базовых сетей для операторов связи.