WiMAX в России: состояние и перспективы

Немного истории: почему в России?

Широкополосный беспроводной доступ стал развиваться в России уже довольно давно, начиная с середины 90-х годов. Каковы же причины того, что наша страна оказалась хорошо подготовленной к восприятию этой технологии? В беседе со мной представитель WiMAX-форума в России, д.т.н, профессор Сергей Портной сформулировал три из них, которые привели к построению беспроводных сетей.

Во-первых, географические и демографические условия: громадные расстояния и маленькая плотность населения — примерно девять человек на 1 км2. В такой ситуации услуга проводной связи, эквивалентная беспроводной, стоит очень дорого, ведь цена проводной возрастает в квадратичной зависимости при увеличении той площади, на которой она предоставляется, а на стоимость беспроводной этот фактор влияет значительно слабее. К тому же вечная мерзлота и другие природные особенности нашей страны делают прокладку линий связи в определенных местностях экономически нецелесообразной и даже просто невозможной.

Во-вторых, бедная телекоммуникационная инфраструктура. Беспроводной доступ, конечно, реализовать легче и быстрее, так как и трудовые, и временные затраты для его развертывания требуются существенно меньшие, чем для прокладки проводов. Кроме того, нет в таких масштабах «cтарого телекоммуникационного наследия», как на Западе, с которым жалко расставаться и который пытаются приспособить под новые технологии. В России же большинство сетей строились с чистого листа, сразу с использованием новейших технологий.

В-третьих, следующий субъективный фактор: при переходе к рынку в нашей стране были свернуты многие оборонные предприятия, в результате чего высвободились высококвалифицированные специалисты, а именно радиоинженеры, которые искали приложение своим знаниям. Многие из них увидели возможность использовать свои навыки в области построения сетей беспроводного доступа.

Когда в Россию в середине 90-х годов начались поставки беспроводного оборудования таких производителей, как AiroNet, BreezCom, Lucent Technologies, то оно быстро нашло себе применение. Началось строительство компьютерных сетей, позволяющих устанавливать беспроводную связь уже на значительной площади. Причем эти довольно большие распределенные сети получались относительно недорогими, поскольку создавались объединением локальных вычислительных сетей. Тогда же в России стали выпускать всевозможные беспроводные аксессуары, в частности антенны и усилители. Дело успешно пошло, стал формироваться рынок по оказанию услуг построения сетей беспроводного доступа и по поставке оборудования.

По мере развития беспроводного доступа системы первого поколения — беспроводные платы и отдельные устройства, предназначенные для построения беспроводных ЛВС, плавно трансформировались в микросхемы, встраиваемые в ноутбуки и коммуникаторы. В результате появилось то, что теперь называют Wi-Fi.

Как родились Wi-Fi и WiMAX

Рассмотрим, как происходила эволюция сетевых стандартов, которая в конечном счете и привела к рождению новых беспроводных технологий. В конце 90-х годов начал развиваться стандарт 802.11. Сначала он обеспечивал скорость до 2 Мбит/c в диапазоне частот 2,4 ГГц. Затем был разработан стандарт 802.11b со скоростью около 11 Мбит/c в диапазоне 2,4 ГГц и полосе 20 МГц. После этого создали стандарт 802.11a — в частотном диапазоне 5 МГц, со cкоростью 54 Мбит/c в полосе частот 20 МГц. А затем возник стандарт 802.11g, который объединил стандарты 802.11a и 802.11b в диапазоне 2,4 ГГц. Такая модификация стандартов и привела к широкому развитию технологии беспроводного доступа Wi-Fi. Быстрому успеху Wi-Fi способствовало и то, что появилось много абонентов, уже обладающих такими устройствами. Это были владельцы ноутбуков, сотовых телефонов и коммуникаторов, в которых функции Wi-Fi уже присутствовали. Казалось бы, покрывай весь мир хот-спотами — и вперед, к светлому беспроводному будущему. Однако все оказалось не так просто.

На рубеже ХХ—ХХI вв. параллельно с Wi-Fi стал развиваться WiMАХ (Wireless Interoperabilitу Microwave Access). Как подчеркнул C. Портной, под аббревиатурой WiMAX подразумеваются два понятия. Первое из них — название самой технологии WiMAX, на основе которой компании либо производят оборудование, либо строят и используют сети по стандартам ITripleE 802.16d или ITripleE 802.16e. Второе — имя форума WiMAX — некоммерческой международной организации, которая объединяет компании, развивающие эту технологию.

Почему именно WiMAX?

Действительно, почему же возник WiMAX? Чем был плох Wi-Fi?

«Все-таки 802.11 — стандарт класса LАN, локальных сетей c демократической процедурой распределения доступа, — пояснил Сергей Портной. — И здесь действует принцип «кто первый встал, того и тапки». Сама идеология построения Wi-Fi-сетей — не операторская». Действительно, процедура занятия канала в сетях Wi-Fi такая же, как и в обычных стандартах локальной сети. Нельзя разделить пользователей на группы по уровню предоставления гарантированного качества услуги (т. е. Quаlitу-of-Service), что сделано в сетях WiMAX: больше заплатил — гарантированно получишь больший ресурс, меньше заплатил — меньший. В сети Wi-Fi работа идет, как и в обычной локальной, как правило, при большом запасе пропускной способности, когда сеть далека от пиковой нагрузки, т.е. когда число одновременно работающих абонентов невелико. Если m — общее число абонентов, а M — число активных, то эти сети эффективно работают при малой величине отношения M/m. Но так бывает не всегда, особенно в местах коллективного доступа в Сеть. И если вы пришли в пиццерию, где есть хот-спот и где наплыв любителей беспроводной связи с ноутбуками, сеть, выражаясь языком связистов, «ляжет». Поэтому сети Wi-Fi всегда должны быть рассчитаны с серьезным запасом, чтобы сохранять работоспособность в условиях пиковой нагрузки.

И еще открывает Wi-MAX дорогу на рынок довольно ограниченная площадь покрытия базовой станции Wi-Fi. С. Портной предложил провести несложный расчет. Предположим, есть решение покрывать территорию Москвы базовыми станциями Wi-Fi. При этом следует учесть, что обычно одна станция Wi-Fi обеспечивает дальность связи 50—100 м. Если приблизительно представить площадь нашей столицы в виде квадрата 20Ё20 км, а радиус соты Wi-Fi принять 50Ё50 м, то для обеспечения связи по Wi-Fi потребуется 160 тыс. базовых станций. Рассмотрим теперь, чем же различаются сети WiMAX и Wi-Fi и что породило это различие.

Чем отличается Wi-Fi от WiMAX

Отличия заложены в группе стандартов 802.16, на основе которых создается оборудование и строятся сети WiMAX. С. Портной указал на несколько принципиальных черт, отличающих 802.16 от 802.11, на котором работает Wi-Fi .

Во-первых, с точки зрения протокола связи группа стандартов 802.16 — операторского класса, она генерирует услугу с гарантированным качеством обслуживания в зависимости, естественно, от толщины кошелька клиента.

Во-вторых, стандарт WiMAX обеспечивает высокую помехоустойчивость, дальность и надежность передачи за счет OFDM — ортогональной частотной модуляции (или мультиплексирования). Это позволяет из любого канала выжимать пропускную способность на пределе Шеннона. С. Портной разъяснил механизм работы OFDM. При ее использовании канал оценивается и ортогональными преобразованиями на передающем и приемном концах виртуально разбивается на параллельные каналы. В них «закачивается» такой поток данных, какой они в состоянии передать. Причем эта способность канала к передаче оценивается в каждый момент времени. Такой подход приводит к серьезному выигрышу в скорости передачи информации на пределе Шеннона, в 10 и более раз.

В-третьих, в WiMAX использованы технологии «умных антенн», дающие большой выигрыш по помехоустойчивости благодаря возможности слежения антенной за абонентом и концентрации энергии в направлении движения абонента.

С. Портной подчеркнул неизменность следующего принципа: любая передача информации устроена так, что происходит обмен скорости на помехоустойчивость. Принцип Шеннона гласит: повышаем скорость — уменьшаем дальность. Проще говоря, чтобы передавать по каналу больше информации, нужно увеличивать отношение сигнал/шум в точке приема. Насколько повысили помехоустойчивость и скорость, настолько же следует увеличить отношение сигнал/шум. На самом деле есть область (за границей предела Шеннона), где вообще не может быть построена никакая система передачи информации. Принцип OFDM, заключающийся в разбиении на постоянные параллельные виртуальные каналы любого изменяющегося канала и в мощном помехоустойчивом кодировании, позволяет достигнуть этой пропускной способности на пределе Шеннона. Причем идет постоянная подстройка под характеристики канала. В стандартах 802.11a и 802.11g в сетях Wi-Fi нет такой динамической оценки параметров канала, а именно она и дает основной эффект. Важно отметить, что в стандарте WiMАХ достигаются теоретические пределы Шенона по скоростям передачи данных.

В результате технология WiMАХ и стандарт 802.16 позволяют передавать информацию на устройства, по габаритам такие же, как и устройства Wi-Fi, но только со скоростью на два-три порядка выше. Надо сказать, что стандарт 802.16 также эволюционирует. Сначала был просто 802.16, затем появились 802.16a и 802.16b, потом выпущен 802.16d (или 2004) для фиксированного доступа. И наконец, в прошлом году возник стандарт 802.16e для мобильного доступа, так называемый мобильный WiMAX.

У фиксированного и мобильного WiMAX много общего, но есть и различия. У них разная длина кадров (пакетов) OFDM, разные диапазоны частот: у фиксированного — 3,5, а порой и 5,8 ГГц, у мобильного — 2 ГГц.

Каковы цели WiMAX в России

«К стандартному мобильному WiMAX доступа в России пока еще нет, — считает С. Портной. — Но уже сейчас многие мировые производители декларируют выпуск этого оборудования. Я представляю кроме WiMAX-форума еще и компанию Alvarion, — добавляет Сергей, — которая входит в десятку ведущих компаний в этой области. Кроме того, я постоянно анализирую состояние рынка. И если говорить о России, то сейчас вообще доля широкополосного доступа в ней весьма мала». Сегодняшние игроки на рынке операторов широкополосного беспроводного доступа, причем даже самые крупные, имеют от 1 до 3 тыс. абонентов. Причем Сергей оценивает их сети не как стандартные WiMAX, а как сети класса, близкого к WiMAX.

Каковы же цели WiMAX в России? Прежде всего обеспечение клиентов широкополосным доступом. Лозунг WiMAX: Personal BroadBand — персональный широкополосный доступ. «Вполне вероятно, — предположил С. Портной, — что через некоторое время к журналу «Мир ПК» добавится «Мир ПД» — журнал «Мир персонального доступа».

Первая технологическая революция дала человеку ПК, вторая, революция WiMAX, призвана предоставить каждому персональный широкополосный доступ. Причем абонентские устройства WiMAX будут именно персональными, и доступ в Сеть будет всегда под рукой, в кармане.

Важно отметить, что у WiMAX есть своя, вполне определенная ниша. В «Мире ПК», №10/06 была опубликована статья Кристофера Налла из PC World «Широкий доступ: для тех, кто в пути» о работе с сетью EvDO в США. Технология EvDO — один из конкурентов WiMAX cо стороны 3G. Действительно, у WiMAX много соперников, ведь он пришел со стороны сетей передачи данных, именно оттуда началась его миграция в мобильную связь. А системы третьего поколения мобильной связи 3G, к которым относится EvDO, это миграция от мобильной связи в сети передачи данных. Но сети 3G — это не замена WiMAX. «Системы 3G дадут «продвинутому» пользователю сотовой связи возможность качественно работать с потоком данных, — подчеркнул Сергей. — А WiMAX — кооперация людей только с широкополосным доступом. И конечно, канал у этой технологии будет шире, чем у EvDO и других систем 3G».

Какие перспективы у WiMAX?

Что же в перспективе? Скорее всего развитие WiMAX приведет к лавинообразному росту трафика и числа пользователей широкополосного контента. Операторы сетей GSM, которые впоследствии перейдут в 3G, обеспечат доступ на максимальной площади, сети Wi-Fi будут покрывать небольшие зоны, а WiMAX займет между ними промежуточное положение. Это будет, конечно, охват больших зон, однако не всей территории. WiMAX даст широкополосный беспроводной доступ на территории городов и авто- или железнодорожных магистралях, но покрывать им лесные зоны неэффективно. Таким образом, WiMAX будет использоваться для обеспечения связи в зонах б?ольших, чем Wi-Fi, но меньших, чем GSM, так что и он не заменит ни Wi-Fi, ни GSM.

Пройдет не так много времени, и технологии Wi-Fi с WiMAX будут реализованы в одной микросхеме, так же как и Wi-Fi с GSM. Причем выбор сети будет происходить незаметно для клиентов — система сама определит, по какой технологии выгоднее работать в данной точке с приемлемой скоростью.

Говоря о перспективах широкополосного беспроводного доступа, С. Портной привел аналогию с водопроводом. Есть три трубы: Wi-Fi, WiMAX и GSM, и сейчас у каждой свой кран. А в будущем будет создана «микросхема-cмеситель», и кран станет общим. Ведь и сейчас в старых банях еще можно встретить два крана: с горячей и с холодной водой. Смешивать воду в тазу было неудобно. Когда сделали смеситель, то возникла новая вода — теплая. Так же, видимо, возникнет и новое качество доступа в результате совмещения каналов от этих трех технологий.

По оценке специалистов, нужен еще год-другой, чтобы компании начали переход на WiMAX. Сейчас на этом рынке тысячи абонентов, что еще очень мало. Говорить о состоявшемся рынке WiMAX в России можно будет только тогда, когда число абонентов возрастет, как минимум, в 10 раз, а лучше в 100. Чтобы достичь такого же числа абонентов, как у сотовой связи, потребуется рост в 1000 раз. «Но на существующем оборудовании WiMAX этого не достичь, — отмечает Сергей, — для этого необходима техника нового класса, которая обязательно должна быть мобильной и недорогой, и такая техника уже начинает появляться». Потребуются серьезные вложения в сетевую беспроводную инфраструктуру, ведь базовые станции WiMAX обеспечивают связь на расстоянии от 1 до 5 км. Конечно, не 20—30 км, как у радиорелейных, но и не 50—100 м, как у Wi-Fi.

Мы оптимисты?

Взгляд председателя форума WiMAX С. Портнова на перспективы развития в России этого стандарта весьма оптимистичен. «Все говорят о сложности получения частот, — отмечает Сергей. — Но я считаю, что вода всегда пробьет себе русло, что побеждает сильнейший, ведь все равно различные компании уже получают те или иные частотные лицензии».

Когда WiMAX выйдет в большой бизнес, то сложность получения частот перестанет быть тормозом, что уже произошло с сотовыми операторами. Но нужно быть готовыми к тому, что переход этого бизнеса из ограниченной ниши в массовую область приведет к смене части игроков, в том числе и операторов.

Законы рынка таковы, что большая идея и крупный бизнес никогда не развиваются мгновенно. Вот и WiMAX претерпел много технологических изменений. Сначала он создавался как фиксированный, потом появился второй стандарт, что дало импульс к появлению мобильного WiMAX. «Сейчас WiMAX выходит на широкую прямую дорогу, и у него есть все шансы на успех», — уверен С. Портной. Оптимизм хорош тогда, когда обоснован. И я присоединяюсь к Сергею, тем более что широкополосный беспроводной доступ обещает мне как рядовому пользователю удобство работы и широкий спектр новых сервисов и интересных приложений.

WiMAX-форум

Сергей Портной - д.т.н., профессор, представитель WiMAX-форума в России

Глобальная цель форума — обеспечить взаимодействие между компаниями и продвижение технологии WiMAX. Форум организует сертификацию WiMAX-оборудования на соответствие стандарту 802.16 и на совместимость работы с устройствами других производителей, для чего создано несколько лабораторий в Испании и Южной Корее.

Участников WiMAX-форума можно условно разделить на три группы.

В первую входят производители микросхем и оборудования: Intel, Fujitsu, Alvarion, Alcatel, Motorola, Siemens и др., т.е. компании, изготовляющие компоненты, и концерны, разрабатывающие и анонсирующие WiMAX-оборудование. От России в форуме участвуют две производящие компании — Infinet Wireless и «Персей», а также фирма «Седиком» — интегратор и дистрибутор беспроводного оборудования. Ко второй группе относятся компании-операторы мобильной или фиксированной связи, которые собираются строить свои сети на базе оборудования WiMAX. Это мировые лидеры операторского бизнеса. От России в форуме участвуют «Билайн», «Голден-Телеком», «Инфортэ», «Cинтерра», «Стар Телеком». Третья группа — создатели контента для WiMAX. Сейчас она активно расширяется.

В настоящее время форум объединяет около 500 организаций, участие в нем платное. Специалисты организаций — участников форума имеют доступ к документации, льготные пароли на сайте форума, льготы при участии в собраниях, поездках, семинарах.