Сотовые сети стандарта СDMA. Принципы работы сотовая сеть стандарт радиосвязь

1.3 Протокол передачи данных CDMA

Несмотря на старания Intel, технология Wi-Fi доступна не везде и не всегда, так что  единственным шансом для мобильных  пользователей являются операторы  сотовой связи. Как часто бывает в современном высокотехнологичном  мире, формально CDMA лучше своего конкурента — GSM, однако последний гораздо более распространен. Объясняется это обычно историческим фактором. В отличие от повышения стоимости бензина, развитие нового, пусть даже более прогрессивного, стандарта сотовой связи, происходит гораздо медленнее. Существует стандарт беспроводной передачи данных IMT-MC-450 — это CDMA на частоте 450 МГц. Частота осталась от одного из первых стандартов сотовой связи NMT-450, а собственно цифровой протокол CDMA давно используется в некоторых странах мира. Применение IMT-MC-450 накладывает свои особенности на использование телефона — в отличие от GSM, который работает везде, зона покрытия CDMA заметно меньше. Кроме того, для GSM возможны и поездки за пределы нашей страны, там IMT-MC-450 используется очень редко. В стандарте CDMA доступна скорость соединения 230400 бит/сек., и можно попробовать найти обещанные 153 Кбит/сек. Следует отметить, что по большому счету модем в большинстве телефонов абсолютно стандартный, и весь смысл «специального» драйвера заключается в установке в реестре в параметрах модема максимальной допустимой скорости в 230k (в отличие от 115k, которая прописывается всем стандартным модемам). Так что при желании можно просто немного покопаться в реестре и поменять 4 байта в настройках стандартного 33600

модема. Правда, для CDMA-телефонов используется еще  и специальная строка инициализации, но ее реальная необходимость находится  под вопросом. Интересно, что если попробовать разобраться, как это  все работает, то можно обнаружить всего 115200 в настройках самого порта: однако работает он на самом деле на 230400. Во время соединения на самом телефонном аппарате индицируются текущие скорости приема-передачи. Минимальная из них — 9,6, а максимальная — 163,2. Причем, текущая скорость выбирается аппаратом, исходя из поступающих запросов — если вы ничего не качаете, то скорости замирают на «9,6/9,6», аппарат может даже отключить свое соединение, при этом ПК будет думать, что он все еще на связи. Но как только возникает необходимость (например, открывается новый сайт в браузере), подключение восстанавливается. Реально удалось получить максимальную скорость порядка 137 Кбит/сек. при передаче одного большого файла (здесь и далее цифры скорости приведены по данным программы DU Meter при работе с удаленным FTP-сервером). Это относится как к скорости получения, так и отправки данных. При реальной работе в Интернете, когда к компьютеру поступает много различных запросов, график скорости утрачивает такой вид и становится похож на “пилу”, однако если в фоне еще что-то большое начинает скачиваться, то прежний вид быстро восстанавливается. Проверка надежности связи показала, что можно скачать файлы объемом 60 и более мегабайт без обрывов связи (собственно телефон время от времени переподключался к сети, однако до ПК эта информация не доходила, и Internet Explorer продолжал, как ни в чем не бывало закачивать файл). Конечно, все вышеописанное относится в некотором роде к «идеальным» условиям — аппарат неподвижен, связь устойчиво-хорошая, сеть не загружена и все такое. В других условиях телефон может переключать свою скорость и в зависимости от внешних условий, так что идеальной картинки может и не получиться. Например, при движении в автомобиле на скорости 80-90 км/час по МКАД на графике DU Meter - абсолютно хаотичная картина, однако связь не рвется (как иногда случается с GPRS) и при улучшении условий скорость вновь быстро возрастает.

При этом при  скачивании большого файла с одного источника достигается скорость порядка 135 Кбит/сек. Отправка одного файла показывает аналогичные результаты по скорости. Если же пытаться одновременно скачивать и закачивать данные, то, в установившемся режиме   

получатся те же 135 Кбит/сек. на скачивание и в два  раза меньше на отправку. Тестирование мобильного Интернета CDMA показало, что эта технология вполне работоспособна уже сегодня. Единственным препятствием для достижения высокой скорости является неустойчивый прием сигнала. Если же с ним все в порядке, то можно легко получить скорость приема/передачи порядка 12-14 КБ/с, что очень неплохо для мобильного Интернета. Стандарт CDMA позволяет предоставлять многочисленным пользователям одновременный доступ к общему широкополосному каналу, присваивая им уникальные «коды». По логике, CDMA может обслуживать большее количество пользователей и предоставить каждому из них больше возможностей. Стандарт CDMA обещает большую пропускную способность, лучшее «покрытие» территории, улучшенное качество звука и более продолжительное время работы батарей.

1.4 Протокол GPRS

GPRS(General Packet Radio Service) — это система, которая реализует и поддерживает протокол пакетной передачи информации в рамках сети сотовой связи (коммутируемой сети). При пакетной передаче данных соответствующий радиоканал занимается лишь в процессе передачи информации, благодаря чему достигается более высокая эффективность его использования. Наиболее ощутимо это преимущество при передаче данных и выходе в глобальную сеть Internet.

При использовании системы GPRS информация собирается в пакеты и передается в эфир, они заполняют те «пустоты» (не используемый в данный момент канал трафика), которые всегда есть при передаче голосовой информации. В случае если при обычной передаче данных сначала устанавливается соединение и только после этого начинается передача данных, то при пакетной передаче этап установления соединения практически отсутствует. В этом и заключается принципиальное отличие режима пакетной передачи данных. В результате более эффективно используются ресурсы сети, и появляется возможность более выгодной для абонента тарификации, основанной не на длительности соединения, а на объёме принятой и переданной информации. В сетях, поддерживающих GPRS, предусмотрен поэтапный путь наращивания скорости передачи данных; в пределе GPRS может обеспечивать скорость до 115 Кбит/с. На сегодняшний день основные ограничения связаны с возможностями абонентских терминалов. GPRS-терминалы первого поколения будут обеспечивать передачу информации со скоростью до 53.6 Кбит/с и приём — со скоростью до 26.8 Кбит/с.

К 2002 году произошло увеличение трафика мобильной передачи данных на 300%, прежде всего из-за сближения рынков Internet и рынка мобильной связи — самых быстрорастущих рынков в экономике. Это закладывает основу для внедрения GPRS. Прогнозы утверждают, что основными приложениями мобильной связи станет использование электронной почты (частной и корпоративной), доступ к Internet и базам данных в корпоративных сетях (интранет).

Ожидается, что  теоретически достижимая скорость может  достичь 171.2 кбит/с, хотя в ближайшее  время вряд ли стоит ждать скоростей более 111 кбит/с.

Одно из основных преимуществ GPRS — это то, что это  способ передавать данные с более  высокими скоростями, чем это было возможно до недавнего времени. Такие  высокие скорости сделают возможными внедрение разнообразных приложений — от нетребовательного к скорости передачи

SMS-cepвиса до  высокоскоростной передачи данных в локальной корпоративной сети.                                                                                                                               Время установки соединения в GPRS будет почти мгновенным, поэтому планируется, что более не будет оплачивать «время на линии», в счет будут включаться объемы переданной или полученной информации. Это означает, что GPRS будет максимально привлекательной технологией для всевозможных приложений, характеризующихся «взрывным» характером передачи данных, таким как e-mail, телеметрия и тому подобных услуг. Это также обеспечивает GPRS совместимость с существующими сетями пакетной передачи данных на базе TCP/IP или Х.25.Система с коммутацией пакетов весьма эффективна, поскольку сетевые ресурсы эксплуатируются лишь в момент непосредственной передачи пакетов. В переводе на общепонятный язык — это означает, что весь доступный выделенный диапазон связи может использоваться совместно всеми абонентами. Основные свойства GPRS: высокая скорость передачи данных — 171.2 кбит/с (средняя 111 кбит/с); быстрое установление связи/Быстрый разрыв соединения; способствует внедрению новых услуг (например, Телеметрии); поддерживает другие сети пакетной передачи данных (TCP/IP,"Х.25); абоненты совместно используют физические ресурсы сети; обеспечивает мобильность абонентов, с сохранением доступа к сетям GSM/GPRS. Internet и корпоративным сетям (интранет); возможность использовать ресурсы сети GSM в «офф-пиковые» периоды. Поскольку GPRS выполнен на базе GSM, новое оборудование GPRS/GSM будет обеспечивать доступ, как в сеть GSM, так и в наложенную сеть GPRS. Впрочем, пока, по-видимому, не стоит ожидать никаких других терминалов, кроме терминалов класса «С». Такие терминалы позволяют работать одновременно только в режиме GSM или только в режиме GPRS. Поскольку сеть GPRS позволяет совместно использовать ресурсы и является

наложенной  на сеть GSM, существенным моментом является ее возможность загрузить ресурсы сети в «офф-пиковые» периоды.

В GPRS максимально  возможная скорость передачи данных составляет 171,2 Кбит/с — это почти  в 12 раз быстрее работы передачи данных в обычных сетях GSM (9,6 Кбит/с). Однако на практике скорости не так  высоки — обычно 30­-40 Кбит/с.

Весь поток  данных отправителя разбивается  на отдельные пакеты и затем доставляется получателю, где пакеты собираются воедино, и совсем необязательно, что  все пакеты пойдут одним маршрутом. Стандарт GPRS не просто обеспечивает высокую скорость передачи данных, но и допускает постоянное виртуальное соединение пользователей с сетью, так что электронная почта может загружаться в фоновом режиме. Поскольку

необходимость в возобновлении соединения отпадает, исчезают задержки на время установления соединения. Звонить и отвечать на вызовы можно одновременно с передачей данных. Беспроводной доступ к электронной почте позволяет принимать и отправлять сообщения «мгновенно» — практически где угодно и когда угодно. Интернет и GPRS объединяет не

только пакетная передача данных. При начале GPRS­ сессии каждому GPRS-терминалу так же, как и в Интернете, присваивается свой уникальный адрес, протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS­ сети с Интернетом происходит незаметно для конечного пользователя. Для передачи данных, помимо высокоэффективных алгоритмов кодирования, используется довольно интересная технология: терминалу автоматически выделяются неиспользуемые в данный момент времени тайм­слоты, что позволяет оптимизировать загрузку сети. Такая схема влечет за собой «плавающие» скорости передачи данных у конкретной базовой станции в зависимости от количества активных абонентов.

Семейство беспроводных стандартов IEEE 802.11a/b/g, обычно именуемых  кратким ёмким термином Wi-Fi, обеспечивает обмен данными со скоростью до 54 Мбит/сек. По производительности Wi-Fi занимает серединку между Wireless USB и Bluetooth, по дальнобойности - самый продвинутый. Именно поэтому Wi-Fi используется не столько для подключения периферии, что, впрочем, тоже практикуется, но и для подключения к локальным публичным и корпоративным беспроводным точкам доступа в Сети. На деле нет ничего удобнее, чем подключение через Wi-Fi к Интернету. Включил карманный ПК, идентифицировал себя в точке доступа (именуемой также «хотспот», от английского hotspot). В самом скором времени семейство протоколов Wi-Fi пополнится новым вариантом - 802.11n, пропускная способность которого вырастет, до 100 Мбит /сек, а сам стандарт будет поддерживаться не только карманной и стационарной техникой, но также различными устройствами бытовой электроники вплоть до пылесосов. Разумеется, наряду с производительностью, стандарт 802.11n также предусматривает появление новых, более экономичных компонентов, повышающих продолжительность автономной работы даже при интенсивном использовании Wi-Fi. Предполагается, что уже имеющаяся инфраструктура точек общественного доступа в ближайшие годы будет обновлена до поддержки стандарта 802.11n, что обеспечит более качественный и быстрый доступ в Интернет наряду с увеличением количества абонентов, имеющих возможность одновременного подключения к такой точке доступа без риска оставить других без трафика. Этот стандарт беспроводной связи носит официальное название IEEE 802.16 (напомним, что Wi-Fi относится к стандарту 802.11) и изначально был задуман для организации работы беспроводных сетей, покрывающих большие городские территории, поэтому часто его называют стандартом для Wireless MAN (Metropolitan Area Network - сеть для городских регионов). Тогда он рассматривался исключительно в качестве альтернативы решений «последней мили», основанных на фиксированных линиях. Преимущества сетей стандарта 802.16 очевидны – их проще разворачивать, по структуре они очень похожи на традиционные сети мобильной связи: здесь также присутствуют базовые станции. Но при этом их не обязательно устанавливать на вышках  – вполне подходят и крыши домов, водонапорные башни или элеваторы. IEEE 802.16 входит в линейку глобальных беспроводных стандартов. В нее также включены стандарты для персональных (IEEE 802.15 или Bluetooth), локальных (802.11, его развитием занимается индустриальный альянс Wi-Fi Alliance) сетей. Затем идет IEEE 802.16, а замыкает пирамиду стандарт 802.20, предназначенный для сетей глобального уровня – сейчас он находится в начальной стадии разработки. Технология Wi-Fi предназ­начена для передачи данных и обеспечения доступа в интернет на небольших – от 100 до 500 метров – расстояниях. Для того чтобы воспользоваться этой услугой, у пользователя должен быть соответствующим образом оснащенный мобильный компьютер — для этого надо приобрести специальную антенну (сейчас ее стоимость колеблется от $30 до $150), которая через стандартные интерфейсы PCMCIA, Flash, USB подсоединяется к мобильному компьютеру – ноутбуку или карманному ПК. Однако сейчас все большую популярность обретают ноутбуки со встроенной технологией Centrino, в которой уже встроен Wi-Fi-приемник. Для передачи данных Wi-Fi использует частоту 2,4 ГГц. Не секрет, что многие компании экспериментировали с этим протоколом, пытаясь увеличить скорость передачи данных в Wi-Fi сетях, однако в качестве стандартов на сегодняшний день приняты лишь 802.11a, 802.11b и 802.11g со скоростями 54 Мбит/ с, 11 Мбит/с и 54 Мбит/с соответственно. Разработчики нового перспективного стандарта 802.11n обещают повышение скорости до 320 Мбит/с; это произойдет не ранее 2006 года. Сначала технология Wi-Fi применялась для создания локальных сетей в

пределах офиса  или дома, а затем появился такой  термин как публичные точки доступа, то есть общественные места, в которых установлено соответствующее радиооборудование, и где любой пользователь ноутбука может воспользоваться Wi-Fi. Обычно хот-споты организуются в местах массового скопления людей — кафе, рестораны, аэропорты вокзалы, гостиницы и т.д.

Стандарт Wi-Fi был  разработан в конце 90-х годов и  окончательно одобрен лишь в начале 99-го. Первые устройства для передачи данных на основе Wi-Fi появились в 2000 году и не вызвали особого ажиотажа. Wi-Fi был далеко не первой беспроводной технологией. Впервые беспроводные сетевые устройства появились еще в 90-м году и, хотя на тот момент они не получили популярности, сети на их основе были распространены повсеместно. Первыми пользователями новшества стали, как обычно, компании известной Силиконовой долины и других технологических центров США. Wi-Fi произвел настоящий переворот — спрос рос невиданными ранее темпами, продажи увеличиваются чуть ли не в геометрической прогрессии. Он пришел на смену громоздким и неудобным базовым станциям, которые, помимо своей высокой стоимости, в отдельных случаях доходившей до тысяч долларов, требовали достаточно высокой квалификации пользователя. Wi-Fi избавил ноутбук от всех проводов, сделав его по настоящему мобильным.

На начало прошлого года в мире было 71,5 тыс. хот-спотов, из них 46% сетей Wi-Fi находится в Северной Америке, 34% — в Западной Европе, 19% в Азиатско- Тихоокеанском регионе и всего 1% в остальном мире. По оценкам исследовательской фирмы Pyramid Research, в 2002 году в мире было 435 тыс. пользователей Wi-Fi, в 2003 году — 662 тыс., в этом году их количество приблизилось к миллиону. Самые быстрые темпы роста зафиксированы в Центральной и Восточной Европе. Если в 2002 году там насчитывалось 62 тыс. пользователей Wi-Fi, то в 2004 году — 257 тыс. В США, где технология Wi-Fi была разработана и впервые начала использоваться в 2002 году было 274 тыс. пользователей, а в 2004 году их число вырастет до 400 тыс.

Однако, как  и у любой технологии, у Wi-Fi есть свои недостатки. В основном они  связаны с безопасностью. Поскольку данные передаются посредством радиосигнала, то любой человек, находящийся в зоне действия передатчика, может перехватить пакеты данных. Также злоумышленник может получить доступ ко всей корпоративной сети или к бесплатному широкополосному каналу в интернет. Но, как и в случае с другими компьютерными сетями, пользователь может обезопасить себя, если будет следовать установленным правилам.

Доступ в  Интернет через мобильный телефон  по технологии GPRS составляет конкуренцию  скорее сотовой технологии — CDMA-450, нежели Wi-Fi, который позиционируется как высокоскоростной широкополосный доступ в Интернет. Т.е. если при помощи GPRS удобно проверять почту и читать новости, то Wi-Fi позволяет закачивать большие объемы данных. Конечно, сотовые операторы будут увеличивать пропускные способности своих сетей, в частности, уже в ближайшее время можно ожидать запуск технологии EDGE, которая позволяет передавать данные со скорость более 300 кбит/с, не за горами и услуги третьего поколения — а это уже более 2 Мбит/c. Однако, эти скорости ниже, чем у Wi-Fi. Кроме того, сейчас готов следующий шаг развития Wi-Fi — WiMAX, который позволяет передавать большие объем данных на более дальних расстояниях. Стандартная скорость передачи данных в сетях GSM составляет всего 9600 бит/с, но благодаря методу, известному, как HSGSP, связанному с выделением дополнительных тайм-слотов для осуществления одного «разговора» удается ее повышать.