Quo vadis, bezdrátová komunikace? (1/3)

S bezdrátovými technologiemi se roztrhl pytel. Uživatelé si neumí život v pohybu bez komunikace ani představit. A komfort neomezovaný kabely a dráty není k zahození při práci ani při zábavě doma či v zaměstnání. Rádiových sítí stále přibývá a využití bezdrátové komunikace nachází stále nové možnosti.

Bezdrátové služby globálně budou již v tomto roce tvořit 50 procent celkového obratu z telekomunikačních služeb (podle Insight Research). Koncem letošního roku má telekomunikační trh dosáhnout závratných 1200 miliard dolarů. Do konce dekády se díky ročnímu růstu obratu z bezdrátových služeb o 5,9 procenta zvýší podíl bezdrátové komunikace na telekomunikačním trhu až na 55,6 procenta z celkově předpokládaných 1600 miliard dolarů.

Základy bezdrátových i mobilních sítí jsou již pevně dány, ať se jedná o technologie WLAN, nebo o 3G. Přibývají ale nové technologie, vylepšení stávajících možností a hlavně nové aplikace. Některé novinky naznačují, nač se budeme moci díky rychlému vývoji bezdrátové komunikace těšit v nedaleké budoucnosti.

Boj za vyšší propustnost mobilních sítí

V souvislosti s rozvojem širokopásmových aplikací plynule přirozeně rostou nároky na kapacitu bezdrátových sítí. To se projevuje zejména u mobilních sítí, které se zatím jen lehce dotkly spodní myšlené hranice širokopásmových sítí: UMTS s maximem na fyzické vrstvě 2 Mbit/s pro nepohybujícího se uživatele, přičemž s vyšší mobilitou teoretická maxima postupně klesají (384 kbit/s při chůzi a 128 kbit/s za jízdy v autě). V současnosti sítě UMTS podle nejčastěji využívané specifikace Release 99 podporují rychlost v dopředném směru do 384 kbit/s a ve zpětném směru 64 kbit/s (64/384), viz též článek Rychlost, výkonnost a propustnost sítí 3G.

Jako první se v novém tisíciletí vyřešilo, jak rychleji umožnit uživatelům stahování dat ze sítě, a to prostřednictvím HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) zařazené do specifikace 3GPP Release 5, kterou letos mnozí provozovatelé do svých sítí nasadí a uživatelé získají příslušné moduly do svých zařízení (nejprve laptopy s kartami pro 1,8 Mbit/s, v druhé polovině roku 3,6 Mbit/s). V druhém kroku se pracovalo na rychlejší komunikaci uživatele se sítí v podobě HSUPA (High-Speed UplinkPacket Access), zařazené ve specifikaci Release 6, která se v reálu začne nasazovat nejdříve za rok. Obě vylepšení znamenají vyšší datové rychlosti a kratší zpoždění díky inteligentním mechanismům plánování vysílání (scheduling), rychlého řízení chyb (HARQ, Hybrid Automatic Repeat reQuest) a adaptace modulace a kódování (AMC, Adaptive Modulation and Coding). Release 5 nabízí maximální rychlosti 384/4.320 kbit/s a Release 6 dokonce 4.320/13.440 kbit/s).

V současnosti se ovšem již pracuje na vývoji nového rádiového rozhraní na podporu ještě vyšších rychlostí v mobilních sítích. Rozhraní bude pravděpodobně stavět na OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) a bude umožňovat velmi rychlé přepínání mezi kanálem OFDMA (OFDM Access) a WCDMA. Na tomto řešení v 3GPP pracuje skupina pod označením RAN LTE. Ta má vyprodukovat novou specifikaci do roku 2007, takže nejnovější produkty by se mohly na trh dostat v roce 2009.

3G ale není pouze UMTS, v budoucnu posílené HSPA (HSDPA/HSUPA). V přímé konkurenci se sítěmi na bázi WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), kterým dávají přednost provozovatelé GSM, jsou sítě CDMA2000.

Pro srovnání trhu: z celkových 2,14 miliard mobilních uživatelů (přesněji telefonů) na konci loňského roku byly na světě 42 miliony uživatelů WCDMA a kolem 200 milionů uživatelů sítí CDMA2000 (podle CDG), z toho služeb sítě EV-DO využívá 18 milionů mobilních uživatelů.

Současné EV-DO (EVolution-Data Optimized) CDMA2000 sítě podporují rychlosti v dopředném směru kolem 2,4 Mbit/s a do příštího roku chystají „zrychlení“ na 3,1 Mbit/s podle revize A normy pro CDMA2000. Sdružení CDG (CDMA Development Group) podporující rozvoj specifikace CDMA připravuje novou normu, která by mohla být dokončena již letos. CDMA2000 EV-DO Revision B specifikuje rychlost 73,5 Mbit/s v d­opředném směru a 27 Mbit/s ve zpětném směru. Připravovaná super-rychlá verze využívá kombinace více kanálů (15) do jednoho rychlejšího. Vyšší rychlost bude výhodná především pro aplikace, které trpí při vyšší latenci, jako VoIP, PTT, videotelefonie, hry či multimediální přenosy.

Ale to jsme stále pouze v náručí mobilních sítí třetí generace. Co přinesou generace další, se můžeme těšit. Např. japonské DoCoMo již přes dva roky zkoumá technologie vhodné pro 4G a chystá se je komerčně nasadit do konce dekády. Perspektivní technologie VSF-Spread OFDM (Variable Spreading Factor-Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing) využívající anténní systém MIMO (Multiple Input, Multiple Output) dosahuje 1 Gbit/s.

Vyšší rychlosti v malém

I jiné rádiové sítě ale zvyšují svoji propustnost: u WLAN pokračuje příprava normy 802.11n, která má nabídnout uživatelskou datovou rychlost 108 Mbit/s (viz článek Výrobci chtějí urychlit přípravu 100 Mbit/s WiFi), a to na bázi MIMO. Po mnoha peripetiích se začátkem letošního roku konečně zainteresovaní hráči dohodli na základním návrhu technického řešení.

Bezdrátové technologie nabírají na rychlosti, jak ukazují výsledky různých výzkumných projektů a laboratorních pokusů. Např. německý projekt WIGWAM (Wireless Gigabit with Advanced Multimedia Support) jde dál než P802.11n a vytvořil koncept systému použitelného pro sítě s krátkým dosahem, nabízející rychlost nad 1 Gbit/s. Systém může pracovat v mnoha prostředích: podniková nebo domácí síť, veřejný přístup nebo v pohybu. Je cílen zejména na pásmo 5 GHz (kanály nx20 MHz až 100 MHz) a 60 GHz (kanál o 500 MHz).

Sítě s malým dosahem, tzv. osobní sítě (WPAN), měly také ambice zvýšit kapacitu, a to zejména pro multimediální přenosy pro domácí použití, ale normalizační snahy na bázi UWB byly nakonec v IEEE ukončeny (802.15.3a; viz článek Budoucnost Ultrawidebandu ohrožena?). Bluetooth (viz článek Osobní sítě – Bluetooth a IEEE 802.15) také sázel na UWB pro zvýšení své rychlosti, takže další vývoj teprve ukáže, kam se tyto sítě budou ubírat.

Paradoxně značný vývoj ale prodělávají sítě na opačném konci spektra: s malou přenosovou rychlostí, ale s minimální spotřebou energie, sítě senzorové, o čemž později.

Další bezdrátové aplikace

Mezi další bezdrátové služby, které se začínají objevovat, patří také bezdrátový přístup v letadlech či lokalizace pomocí WLAN (WPS, WiFi Positioning System). Firemní lokalizační systémy (např. RTLS, Real-Time Location System) dokáží kombinovat existující WiFi infrastrukturu s aktivními RFID značkami pracujícími ve stejném bezlicenčním pásmu 2,4 GHz. To se již využívá v některých nemocnicích nejen pro lokalizaci personálu (RFID zabudované do identifikačních visaček), ale důležitých zařízení a nemocničního vybavení (EKG, vozíků, pump, ventilátorů).

Zkoumají se možnosti, které dává optická bezdrátová komunikace pro vnitřní prostory. Infračervené sítě samy neuspěly, takže se kombinují s rádiovými technologiemi s malým dosahem, jako je Bluetooth (viz článek Infračervené sítě). Nově se v laboratorních podmínkách zkouší optická bezdrátová komunikace ve viditelné části spektra, pomocí nastupujících bílých LED (viz článek Rychlá a bezpečná alternativa WiFi ). Ale také se nabízely magnetické bezdrátové sítě (viz článek Co takhle magnetické bezdrátové sítě?).

V tomto miniseriálu se zabýváme především síťovými technologiemi a topologiemi, ale je třeba připomenout, že na nejnižší fyzické vrstvě probíhá také překotný vývoj. Sem patří značný pokrok v oblasti antén – nejen MIMO, ale antény typu beamforming, adaptive array apod. S tím souvisí také vývoj nových vysoce integrovaných obvodů, protože čipy přicházející letos na trh již budou podporovat QoS (VoIP, videotelefonii), MIMO, vysoké rychlosti.

Podobně také pokračuje vývoj zabezpečení WLAN. Nikoli na protokolové, ale spíše mechanické bázi: materiály (např. v podobě tapet) blokující „únik“ signálu mimo vymezený prostor. Na straně koncových zařízení vývoj také rozhodně neutuchá, kromě více různých bezdrátových/mo­bilních rozhraní se chytré telefony stávají také zdvořilými telefony, které jsou schopny se přizpůsobit okolnímu prostředí (a neobtěžovat příliš okolí).

CIF16

Pokračování příště

Jak závdavek před dalším zkoumáním vývoje stávajících technologií a nahlížením do budoucnosti připojuji následující obrázek. V dalším pokračování se budeme věnovat přídavku mobility do bezdrátových technologií a hlasovým službám po bezdrátových sítích. Následně se podíváme na nejnovější trendy v bezdrátových technologiích, které se skrývají za pojmy jako mesh, ad hoc, sensor net, wearable, pervasive a ubiquitous computing.

Předpokládaný vývoj bezdrátových technologií do roku 2010

zdroj: „New Architectures and Disruptive Technologies for the Future Internet: The Wireless, Mobile and Sensor Network Perspective“, Report of NSF Wireless Mobile Planning Group (WMPG) Workshop [PDF, 682 kB] 

Anketa

Jak rychle dnes potřebujete komunikovat?

5 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 4. 3. 2006 14:48

Školení e-mail marketingu – pokročilé techniky

  •  
    Jak připravit šablonu moderního e-mailu
  • Jak spustit automatizované kampaně
  • Jak dynamizovat běžnou rozesílku

Detailní informace o školení e-mail marketingu - pokročilé techniky »