Стандарты для беспроводных терминалов
АрхивОкончание. Начало в #366
В прошлом номере мы установили, что «стандартизация» рынка мобильной связи включает в себя три составляющие: унификацию операционных систем, интерфейсных протоколов доступа к Сети и цифровых каналов передачи данных поверх сотовых сетей. Неделю назад мы говорили об операционных системах, сегодня на очереди протоколы и каналы.
Протоколы доступа
Не меньшая неопределенность, чем с ОС, существует и с протоколами беспроводной связи. Она сопровождается бурными схватками и жесткой конкуренцией, поскольку речь идет о первенстве на стыке двух самых интенсивно развивающихся рынков — Интернета и мобильной связи. Здесь можно говорить о трех основных претендентах на стандарт:
-
протокол SAT [1] (SIM Application Toolkit),
-
довольно широко используемый ныне WAP (Wireless Application Protocol)
-
и совсем малоизвестный MExE (Mobile Station Application Execution Environment).
|
По прогнозам Nortel и IDC к 2003 г:
Объем рынка В2В по оценке Gartner Group к 2004 г.:
|
SAT
Протокол SAT родился в рамках стандарта GSM при разработке SIM-карт (микрочипов, идентифицирующих мобильного абонента). Построенный по клиент-серверной архитектуре, SAT дает возможность дистанционно программировать SIM-карты с помощью передачи управляющих кодов в формате SMS. Но главное, что он позволяет запускать на любом мобильном телефоне с SIM-картой записанный в ее память микробраузер (на сегодня осталось мало SIM-карт с объемом памяти меньше 16 Кбайт — чего вполне хватает для работы микробраузера и совершенно недостаточно для «настоящего» WAP-браузера). В результате пользователи получают доступ к WAP-серверам даже на телефонах, «не поддерживающих» WAP. Кроме того, объем памяти SIM-карт, очевидно, будет увеличиваться (до нескольких мегабайт), что приведет к расширению функциональности.
Существует несколько решений на базе SAT. Например, у компании Across Wireless есть система беспроводного Internet-доступа Across DP5, поддерживающая не только WAP-, но и SIM-браузеры. Альянс компаний Sun и Netscape разработал систему iPlanet Wireless Server, предоставляющую беспроводной доступ к SMS, электронной почте, планнерам и разнообразным информационным службам. Она использует таблицы стилей на основе спецификации XML, что позволяет форматировать контент сообразно размерам экрана, разрешению и прочим характеристикам терминала. Wireless Server может работать в качестве приложения для служб Sun Internet Mail Server (SIMS) и Netscape Messaging Server, поддерживает протоколы GSM и CDMA.
Несколько крупных производителей мобильных телефонов — Siemens, Motorola и Alcatel — поставляют трубки, поддерживающие SAT, однако самые известные в этой области компании, Ericsson и Nokia, пока этого делать не собираются (тем не менее, на сегодня почти четверть GSM-терминалов поддерживает стандарт SAT). Сейчас SAT применяют в Западной Европе крупные сотовые сети: голландская Dutchtone, английская Orange UK, немецкая D1 T-Mobil, итальянская Telecom Italia Mobile и бельгийская KPN Orange (есть данные, что и российские операторы GSM собираются освоить SAT). Причем, как показывает статистика, невзирая на малоизвестность SAT число использующих его систем превышает все остальные варианты. Дело в том, что он, во-первых, действует уже года два, и во-вторых, имеется несколько крупных банковских, информационных и почтовых структур, уже применяющих этот протокол на практике. Но есть еще и третий фактор. Основанный на применении SIM-карт, SAT предусматривает идентификацию пользователя и защиту от постороннего доступа, тем самым обеспечивая относительную безопасность торговых и банковских операций, проводимых с мобильного терминала.
WAP
(WIRELESS APPLICATION PROTOCOL)
Инициаторами разработки WAP, специализированного протокола для связи с Интернетом, были три кита — Motorola, Nokia, Ericsson — и примкнувшая к ним американская софтверная компания Phone.com. Точнее сказать, инициатором был американский сотовый оператор Omnipoint, в 1997 году объявивший тендер, основной задачей которого стал поиск технологии фильтрации содержимого сайтов. Тендер (интересно, что его никто не выиграл) и стал побудительным мотивом организации WAP-форума, в работе которого ныне принимает участие более 120 компаний. Среди них — практически все крупные производители (Alcatel, Ericsson, Motorola, Nokia, Nortel, Philips, Qualcomm, Samsung, Bosch Telecom, Intel, NEC, Siemens …), операторы (AT&T, Sonera Corporation, Telecom Italia, Telenor, Vodafone, NTT DoCoMo, Sprint…), софтверные компании (IBM, Psion, Sendit, Phone.com, RSA Data Security, Schlumberger…). Даже Microsoft летом прошлого года заявила о поддержке WAP-форума, правда, особой активности там не проявляет.
Задачей форума стало создание аналога протокола TCP/IP для беспроводных систем связи. Естественно, что при разработке HTTP и TCP не учитывались многие свойства беспроводного сеанса связи (длительный период ожидания, неустойчивость соединения, ограниченная пропускная способность). Используемый в HTTP текстовый формат громоздок, а защита информации требует большого объема служебного трафика, что делает их практически бесполезными для беспроводного Интернета.
Поэтому в WAP используется двоичный формат данных; протокол оптимизирован под длительный период ожидания, низкую пропускную способность каналов, у него лучшая помехозащищенность. Для создания WAP-совместимых Web-страниц используется специальный язык разметки Wireless Markup Language. Он позволяет оптимально использовать малые дисплеи сотовых телефонов, включая даже двухстрочные текстовые. По прогнозу IDC, к 2001 году все выпускаемые в мире GSM-телефоны будут WAP-совместимыми (пока что, поскольку WAP ориентирован на большой дисплей и требует много памяти, стоимость WAP-терминалов выше обычных). Кроме того, благодаря встроенному WAP-браузеру пользователи WAP-терминалов смогут запускать простейшие приложения прямо на своих трубках. Еще одно преимущество WAP — поддержка различных транспортных протоколов и совместимость с домашними сетями стандарта Bluetooth.
Но сказать, что WAP решает все «мобильные» задачи, нельзя. Он не может передавать речь, плохо защищает информацию, и хотя Phone.com довольно давно представила микробраузер, поддерживающий шифрование со 128-разрядным ключом (см. врезку), не отработана технология пуш-каналов. Поскольку WAP, подобно описанному выше протоколу SAT, строится по схеме клиент-сервер, то помимо микробраузера для работы требуется WAP-шлюз в сети.
А недавно пришло забавное сообщение от компании Geoworks. Претендуя на авторство «ключевых компонентов» технологии WAP, она требует от каждого производителя WAP-устройств 20 тыс. долларов в год за соответствующую лицензию. Заметим, что к WAP-устройствам относятся многие модели мобильных и стационарных телефонов и карманных компьютеров, включая Palm’ы.
|
Основные претензии к безопасности в WAP касаются процедуры преобразования трафика при смене протоколов передачи: в сотовой сети на участке между мобильным телефоном и WAP-шлюзом (защита радиоканала) применяется Wireless Transport Layer Security (WTLS), а в Интернете (защита стека TCP/IP) — Secure Sockets Layer (SSL). При перекодировке из одного протокола в другой, происходящей на шлюзе, данные на какое-то время остаются без защиты. Впрочем, вскоре WAP-форум собирается опубликовать спецификации следующей версии WAP — 2.0, в которой этот изъян будет устранен. Но прибавит ли это надежности беспроводным устройствам — еще вопрос. Ведь ограничений по стоимости, надежности и энергопотреблению никто с мобильных устройств не снимал, а значит, использовать длинные ключи (длиннее 128 разрядов) не удастся. Да и стационарные устройства, с которых обычно ведутся атаки, всегда будут превосходить мобильные по производительности. Кстати, первая успешная атака на WAP-шлюз была зафиксирована в мае этого года (шлюз принадлежал итальянскому оператору мобильной связи Wappi.com). Злоумышленники сумели заменить главную страницу сайта. |
MExE
(MOBILE STATION APPLICATION EXECUTION ENVIRONMENT)
Есть еще одно довольно интересное решение: протокол MExE, обеспечивающий связь в действующих сотовых сетях без дополнительных специализированных серверов, подобных WAP-шлюзам. Строится MExE на основе виртуальной машины Java, хотя и имеет много общего с WAP. MExE поддерживает каналы SMS и GPRS современных сетей GSM, а в дальнейшем будет совместим со стандартами третьего поколения UMTS.
MExE предполагается использовать для создания «интеллектуальных» пользовательских сервисов и работы в сетях связи будущего. Он поддерживает речевые команды, программирование кнопок, идентификацию пользователя, защиту информации [2], определение текущих координат пользователя на местности (GPS), работу с графикой, анимацией, текстом, видео и т. п.
Протокол MExE рассчитан на будущее, как замена WAP, когда будет возможной и недорогой установка Java-приложений на мобильные терминалы. Но уже сейчас его можно устанавливать в имеющиеся на рынке устройства в «обрезанном» варианте — в MExE заложены своего рода частные решения (так называемые classmarks). Они определяют наборы сервисов, которые «заказываются» пользователем или сотовой сетью. Причем мобильный клиент, поддерживающий MExE, «умеет» информировать сервер об установленном типе classmark’а.
Разработка MExE-протоколов проводится группой SMG4 Европейского института телекоммуникационных стандартов ETSI (European Telecoms Standards Institute) и поддерживается многими компаниями (Motorola, Nokia, Lucent, Nortel; смартфон Nortel уже соответствует концепции MExE).
Несмотря на массовый приход WAP в сотовые сети соответствующих ресурсов по-прежнему очень мало. Все они за редким исключением ограничены информационными каналами и доступом к e-mail, а коммерческие приложения (игра на бирже, покупки и т. п.) составляют ничтожную долю, даже на Западе. Другой бич (хорошо знакомый пользователям РуWAP’а) — это ненадежность работы WAP-шлюзов и проблемы с кодировками. Специалисты также отмечают несовместимость реализаций WAP различными фирмами. Таким образом, и в области протоколов определенности и ясных перспектив на ближайшие годы нет. Скорее всего, на рынке будут устройства и на SAT, и на WAP, и на частных вариантах MExE. Хотя не исключено появление нового, более простого протокола — ставки уж больно велики.
1 (обратно к тексту) - Иногда пишут так: S@T.
2 (обратно к тексту) - Как обещано — «сверхнадежную».
А вот в построении цифровых каналов связи порядка больше. Может быть, из-за того, что победителя здесь не ожидают уж очень большие доходы [3].
Сегодняшний «стандартный» цифровой канал, работающий в большинстве сетей GSM (в основном для передачи SMS), имеет полосу 9,6 кбит/с и позволяет передавать до 160 знаков в одном сообщении. В некоторых сетях скорость передачи цифровых сигналов CSD (Circuit Switched Data) может быть повышена за счет более совершенной кодировки до 14,4 кбит/с. Есть более интересный стандарт PHS (Personal Handyphone System), разработанный в Японии, обеспечивающий скорость до 64 кбит/с. Но он не получил широкого распространения.
HSCSD
(HIGH SPEED CIRCUIT SWITCHED DATA)
В то время как обычный канал GSM предоставляет одному пользователю всего один таймслот в каждом кадре, в котором может передаваться как оцифрованная речь, так и цифровой сигнал, High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) позволяет одновременно использовать до четырех таймслотов на один цифровой канал. Увеличение скорости происходит «за счет» других абонентов, и, как легко видеть, он дороже для пользователя, которому приходится платить в четыре раза больше. Если скорость одного канала принять равной 14,4 кбит/с, то четыре таймслота HSCSD дадут 57,6 кбит/с, что эквивалентно одному В-каналу стандарта ISDN.
В системах, где применяется HSCSD, у него более низкий приоритет, нежели у речевых каналов. Поэтому, если таймслот занят телефонными разговорами, HSCSD-канал может быть сужен вплоть до одного таймслота. Из-за этого применение HSCSD возможно лишь в сетях с малым трафиком или в сетях, изначально ориентированных на передачу данных. Еще один недостаток этих каналов: при переходе из одной соты в другую может случиться, что в новой соте не найдется необходимого количества свободных таймслотов (или их придется выбирать из других временных промежутков).
Интересно, но более прогрессивному методу цифровой передачи GPRS, о котором читайте ниже, дается еще более низкий приоритет, чем HSCSD. Однако формирование HSCSD, реализуемого исключительно апгрейдом программного обеспечения на сотовых станциях, в существующих сотовых сетях GSM обходится гораздо дешевле, чем GPRS (там требуется значительная доработка не только софта, но и железа). Кроме того, в каналах HSCSD определенные виды цифровой информации (например, видео) могут передаваться более качественно, поскольку в них механизм повтора передачи искаженных пакетов реализован не так, как в GPRS. Другое преимущество каналов HSCSD — простое сопряжение с сигналами телефонных сетей общего пользования и ISDN. Таким образом, модификация сотовых систем под HSCSD в основном определяется востребованностью услуги со стороны абонентов и наличием у них соответствующих трубок.
Примером практической реализации HSCSD может служить поступивший в продажу в конце 1999 года мини-компьютер Card Phone 2.0, встроенный в GSM-телефон. Он может занимать до четырех таймслотов одновременно (скорость до 43,2 кбит/с без компрессии данных).
|
На структурном уровне систему GPRS можно разделить на две части: подсистему базовых станций, поддерживающих пакетную передачу данных, и ядро сети (GPRS Core Network), включающее в себя новые сетевые элементы, предназначенные для обработки пакетов данных и обеспечения связи с Интернетом. Основной сетевой элемент — пакетный коммутатор (SGSN), преобразующий кадры GSM в пакеты протокола TCP/IP. Пакетный коммутатор призван разгрузить GSM-коммутатор, оставляя ему лишь голосовой трафик. Второй важный сетевой элемент — GPRS-шлюз (GGSN), обеспечивающий связь GPRS с пакетными сетями передачи: Internet, X.25 и др. GGSN содержит всю необходимую информацию о сетях, куда абоненты GPRS могут получать доступ, а также параметры соединений. В ядро сети GPRS также входят: DNS-сервер, Charging Gateway (шлюз для связи с системой тарификации) и др. Следует отметить хорошую масштабируемость GPRS. При увеличении числа абонентов емкость сети наращивается с помощью дополнительных пакетных коммутаторов, а при увеличении трафика (при несущественном увеличении числа абонентов) устанавливаются дополнительные GPRS–шлюзы. |
|
Георгий Писаренко <gpisarenko@beeline.ru> |
GPRS
(GENERAL PACKET RADIO SERVICE)
Хотя ETSI опубликовал спецификацию HSCSD (Phase 2+s GSM 03.34) на год ранее стандарта GPRS, основные сотовые игроки больше склонны работать с каналами GPRS. Они должны заменить современные SMS-каналы и низкоскоростные однотаймслотовые каналы CSD (Circuit Switched Data). Теоретически скорость передачи данных в канале GPRS может достигать 171,2 кбит/с, когда он занимает все восемь таймслотов GSM-кадра, что почти втрое выше, чем стандартные 64 (57,4) кбит/с каналы систем фиксированной связи и более чем в десять раз выше скорости каналов CSD. GPRS обеспечивает мгновенное соединение при передаче каждого пакета, поскольку не требуется каждый раз устанавливать связь. Это экономит время на соединение, снижает загрузку канала и экономит деньги пользователя, которому надо платить только за объем передаваемых данных, а не за служебный трафик. И еще, может быть, самое главное достоинство GPRS: цифровая информация передается «поверх» речевых каналов (одновременно с «речевыми» таймслотами, хотя и за их «счет»).
Применение каналов GPRS предоставляет новые возможности, гораздо более богатые в сравнении с SMS и CSD. Во-первых, это полноценный доступ к Интернету (FTP, Web-серфинг, чаты, e-mail, Тelnet…), не хуже, чем у многих настольных дайлапных компьютеров. Во-вторых, эти скоростные каналы дают новые возможности по применению мобильных терминалов в бытовых целях, например, при дистанционном управлении (любимый конек Билла Гейтса).
Поддержку GPRS можно обеспечить не только в сетях GSM и в стандарте TDMA, столь распространенном в Северной и Южной Америке, но и в сетях CDMA. GPRS рассматривается как один из будущих стандартов сетей третьего поколения.
EDGE
(ENHANCED DATA RATES FOR GSM EVOLUTION)
EDGE является еще одним стандартом передачи информации по радиоканалам. Он позволяет передавать данные со скоростью до 384 кбит/с в восьми каналах GSM, из-за чего его ранее называли GSM384. Это значит, что в каждом таймслоте биты передаются со скоростью до 48 кбит/с. Причем при хорошей энергетике радиолинии скорость в каналах может достигать 1 Мбит/с.
EDGE был разработан для операторов мобильных сетей, не имеющих лицензии на более широкий (в сравнении с диапазоном сетей GSM) радиочастотный диапазон UMTS (Universal Mobile Telephone System). Технология позволяет этим операторам построить цифровые каналы с такой же пропускной способностью, что и в сетях 3G UMTS. EDGE призван обеспечить эволюционный переход от каналов GPRS к UMTS: модуляция, реализованная в EDGE, обеспечивает большую скорость передачи, чем в сегодняшних каналах стандарта GSM (200 кГц) [4]. Для перехода на EDGE оператору потребуется установить на своих базовых станциях передатчик с модулятором EDGE-сигналов, работающий в существующем в GSM диапазоне частот. Правда, абонентам придется приобрести новые терминалы, в которых должны быть реализованы несимметричные каналы «вверх» и «вниз» — подобно спутниковым системам асимметричного доступа к Интернету.
Коммерческий выход EDGE на арену ожидается в 2001–2002 году. Хотя сотовые операторы окончательно не решили, применять ли EDGE в качестве переходного стандарта между GPRS- и 3G-протколами. Это решение зависит прежде всего от успешности их борьбы за лицензии на частотные диапазоны UMTS. Видимо, те, кому лицензии не достанутся, будут вынуждены применить у себя EDGE, чтобы сохранить конкурентоспособность. С другой стороны, сравнительно короткое время, оставшееся до прихода UMTS (планируется в 2002 году), может не оправдать больших инвестиций в промежуточное решение.
|
В начале 2000 года компании Qualcomm и Hitachi договорились о проведении совместных испытаний беспроводной технологии высокоскоростной передачи информации HDR (high data rate). Если испытания пройдут успешно, то Hitachi начнет разработку и производство коммерческого оборудования для HDR-инфраструктуры, причем поставки могут начаться уже в начале 2001 года. По заявлению Qualcomm, технология HDR поддерживает передачу электронной почты, доступ в Web, службы электронной коммерции и другие приложения. Она может использоваться поверх существующих сотовых CDMA-сетей, то есть для ее внедрения не требуется построение сетей третьего поколения (3G). Максимальная скорость передачи информации по технологии HDR составляет 2,4 Мбит/с. Достижение таких скоростей возможно благодаря тому, что в HDR используется протокол пакетной передачи, поддерживающий IP-соединения. Технология HDR позволяет динамически перераспределять полосу пропускания. Канал в 2,4 Мбит/с может быть выделен как единственному пользователю, так и нескольким. В последнем случае они поделят полосу пропускания между собой. |
Итак, по отношению к передаче данных в беспроводных сетях картина более или менее ясна. Вопросы есть только в отношении времени перехода на тот или иной стандарт (что определяется в основном экономическими условиями — возможностью операторов переоборудовать свои сети, доступностью новых терминальных устройств для массового пользователя).
Ericsson, разработавшая и довольно успешно продвигающая EDGE на рынок, намеревается сделать ее полностью универсальной — как сделано в каналах стандарта CDMA (столь же активно продвигаемом Qualcomm). С этой целью Ericsson недавно провела переговоры с Qualcomm, вероятно, о совместной политике и условиях раздела рынка средств связи для мобильных систем.
Здесь, впрочем, стоит еще упомянуть технологию Bluetooth, которая в определенной степени может рассматриваться не только как метод ликвидации проводов и кабелей на рабочем месте, но и как «локальная» технология для мобильных коммерческих операций — оплаты парковки, автобусных билетов и т. п.
3 (обратно к тексту) - А правильнее сказать, что здесь вообще не может быть четко выраженного победителя.
4 (обратно к тексту) - В каналах HSCSD и GPRS применяется модуляция типа GMSK, которая дает средние уровни энергетического выигрыша в полосе сигнала. EDGE использует более совершенную модуляцию — восьмипозиционное фазовое кодирование (8PSK), которое будет применяться в стандартах третьего поколения UMTS.
