Сегодня 25 сентября 2017
18+
Сотовая связь

Энциклопедия GSM связи. Часть 5, мобильный интернет

Дать точное описание наблюдавшихся явлений природы,
выхватить из многообразия деталей и мелочей главные,
характерные черты, в резкой и краткой форме сформулировать
все, что видел глаз и охватила мысль, - это настолько сложная и важная задача, что перед ней бледнеют все трудности лабораторного исследования
или теоретического анализа в кабинетах ученых.
(c) Александр Евгеньевич Ферсман

Вводное слово

Только самый ленивый современный компьютерный журналист не писал о мобильном интернете. Тема эта не просто пользуется огромным интересом, а является настоящим хитом всех информационных лент. Нельзя сказать, что мобильный интернет шагнул в нашу жизнь и стал ее непременной составляющей. Огромная армада пользователей все еще уверена, что это дорого, медленно и «как-то не так». Возможно, где-то они и правы. Но пройдет время, и ситуации изменится. Мир неотвратимо движется в сторону беспроводных технологий. Удивительный факт, последние не всегда удобны, и зачастую провода дают лучший эффект, но горстка людей с очень большим интеллектом несколько лет назад решила судьбу меди и алюминия. Нам остается только принять новый беспроводной мир. В нем невидимые потоки данных несутся с невероятной скоростью и обрушиваются на человека в любом месте и в любое время. Выглядит все это, как минимум, любопытно. Так и интернет очень скоро превратится из Всемирной Паутины в Информационное Пространство. Для этого нужно только время… Вспоминается одна легенда, которую любил рассказывать древний историк Геродот. Жил-был человек, и чем-то он прогневал императора. В наказание последний приговорил его к смерти. На что умник попросил отсрочки наказания на год, а за это время он обещал выучить лошадь императора петь гимны. Люди начали смеяться над ним. На что он им сказал: «У меня есть время. У меня есть год. Одним богам известно, что произойдет за год. Может - умрет император или я. Или все же сдохнет эта лошадь…» Окончание истории потерялось в веках. Впрочем, не так оно и важно. Идея в том, что никто из нас не знает о том, что случится завтра, но всем нам дается шанс верить в позитивное будущее. Глупо его не использовать. Итак, мобильный интернет легкой поступью подошел к нашим дверям и робко постучал в них. Предпосылок для такого визита у него предостаточно. «Мобильным интернетом» принято называть передачу данных в глобальную паутину и обратно через сотовые сети. Последние получили такое широкое распространение, что глупо на сегодняшний день искать что-то более простое и дешевое. Какой другой проводник данных может с ним конкурировать? Способов не так уж и много. Прежде всего, спутниковая связь. Она пришла на рынок интернета раньше сотовой связи. Однако удешевление этого способа вызывает ассоциации с черепашьими бегами. Да, за последние 10 лет спутниковый интернет стал доступнее, но это далеко не дешевое развлечение. Речь идет, разумеется, о двунаправленной связи, а не банальном сливании данных через спутник. Кроме этого, определенной популярностью пользуются радиоканалы. Вещь, безусловно, интересная и удобная, однако география поставки такого интернета зависит не только от рельефа местности, но и от планов по застройке ближайших к вашему месту расположения территорий. Ибо перекрыть такой канал очень просто. Кроме этого, мобильность этого способа так же относительна, как постоянство погоды. В недалеком будущем серьезным конкурентом сотового интернета станут производные от Wi-Fi. Речь идет пока только о WiMAX. Впрочем, протокол в реальной жизни показал себя не очень. Проблем множество. Прежде всего, пресловутая стандартизация. Каждый производитель хочет внести в него что-то свое. Речь не идет о небольших производителях – разговор о грандах. Кому как не им понимать, что любой уход от стандарта чреват множеством несовместимостей. Однако как убедить бизнесмена отказаться от прибыли, если надо всего чуть-чуть отойти в сторону. Развитие WiMAX упирается в то, что перед нами фактически новое поколение связи, которое где-то может поставить крест на всем сотовом. Действительно, на бумаге картины рисуются самые радужные. На деле… Если вам интересна эта тема, то проследите жизненные циклы некоторых азиатских операторов, которые пошли по пути внедрения WiMAX. Поучительная картинка. Но в Москве уже запущена вторая сеть WiMAX и в ближайшие три года нам обещают покрыть не только территорию Москвы, но и области. Впрочем, это не тема нашего разговора. Одним словом, сегодня альтернативы Сотовому интернету пока нет. Мы будем называть этот способ Мобильным интернетом только благодаря традиции, хотя вы должны понимать, что название не совсем правильное. Ибо «мобильный» может быть и тот, что дается вам даже с помощью проводов. Представьте себе картину. Вы идете в кафе, открываете ноутбук, двое запыхавшихся солдат подбегают к вам и, раскручивая витую пару с барабанами, подключают вас. Мечта прапорщика, или Мобильный интернет отставного генерала… С чего начать наш сегодняшний разговор? Разумеется с истории мобильного интернета в нашей стране.

Как все начиналось…

Сети стандарта GSM строили очень умные люди. Они предусмотрели в них максимум масштабируемости. Сейчас даже дух захватывает от понимания того, сколько всего было продумано наперед. Разумеется, талантливым часто везет, но не до такой же степени. Изначально возможность передавать данные закладывалась в GSM-сети разработчиками в далеких 80-х годах прошлого века. В те дремучие годы становления сотовой связи, Мадонны и самостоятельного творчества Майкла Джексона, никто и представить не мог, что можно будет не просто отправить факс по мобильнику, но воспользоваться услугами электронной почты и любимой «Аськи», не говоря уже о простом веб-серфинге… Изначально сеть могла передавать данные на скорости 9,6 Кбит/c. Если подойти к вопросу исключительно формально и просчитать максимальную скорость канала, то она составит 33,8 Кбит/c. Почему же данные передавались на скорости только 9,6 Кбит/c? Ответ очевиден. Служебная информация, криптозащита и алгоритмы исключения ошибок съедали всё до потока в 13 Кбит/c. Однако и на этом не заканчивались беды пользователя. Данные посылали через речевой кодек. В результате и получались эти злосчастные 9,6 Кбит/c. Разумеется, в наши дни на такой скорости работать в интернете практически невозможно. Операторы прибегали ко всевозможным ухищрениям по увеличению прокачиваемого потока данных. На память приходят последние годы прошлого века, когда сотовый телефон становился модемом и линией. Пользователь набирал заветный номер, ждал коннекта и «умирал», ожидая нужного потока данных. Тогда пользователи и научились ценить браузеры с быстрым отключением графики. Немало седых волос появилось на головах терпеливых мобильных инетчиков при обрывах связи, когда странички загружались вновь, а письма уходили в несколько приемов. Стоимость этого развлечения была очень высока. Например, минута связи в сети NW-GSM (ныне «Мегафон») стоила 6 центов со всеми налогами. А тогда деньги были деньгами. Дефолт сделал из этих центов огромную ценность… Как следствие инженерной мысли в области увеличения скорости пересылки данных, на свет родилась технология HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, высокоскоростная передача по коммутируемым каналам). Её появление диктовалось самой логикой. Предлагалось объединить несколько канальных интервалов. Решение о количестве таких интервалов принималось оператором в зависимости от загрузки сети. Какие скорости сулили пользователям? Теоретический предел составлял до 57,6 Кбит/с. Увеличить скорость до 76,8 Кбит/с (9,6х8) не представлялось возможным, так как сетевой канал между коммутатором и базовой станцией составлял 64 Кбит/с. Для включения технологии HSCSD требовалось приобрести сотовый аппарат с её поддержкой со стороны пользователя и программной поддержкой протокола (аппаратная часть не трогалась) со стороны оператора. HSCSD требует установить непрерывное соединение для обмена данными между вызывающей и вызываемой сторонами. Протокол напоминает обыкновенную голосовую связь и тарифицируется на поминутной основе. Оператор теряет голосовые каналы, а пользователь не получает возможность платить только за переданные данные. Одним словом, HSCSD стала своего рода заплаткой на старых штанах перед покупкой обновки. Впрочем, свою роль она сыграла наилучшим образом, хотя пробыла на сцене сотовой связи не боле двух лет. Рождение GPRS (General Packet Radio Service) стало новым витком в развитии GSM-сетей. Эта новая технология пакетной передачи данных несколько лет назад ворвалась на рынок и удерживает на нём серьёзные позиции. Вместо передачи непрерывного потока данных через постоянное соединение (например, HSCSD), при пакетной коммутации сеть используется только в случае наличия данных для передачи. Такой подход абсолютно обоснован и созвучен самой идее Интернета, где данные возникают в импульсном режиме. В GPRS максимально возможная скорость передачи данных составляет 171,2 Кбит/с (теоретически возможная скорость составляет 270,4 Кбит/с = 33,8х8). Стоит отметить, что мобильный аппарат может одновременно устанавливать голосовое соединение и обмениваться данными. GPRS позволяет тарифицировать данные по их количеству, а не по времени нахождения в сети, что и реализовано в данный момент операторами сотовой связи. Чтобы запустить GPRS, инженеры должны дополнить существующую сеть оборудованием пакетной передачи данных. Сегодняшний день принес нам технологию EDGE (Enhanced Data for Global Evolution). Базисом новинки стала идея изменения метода модуляции несущей и адаптивная схема кодирования. Для тех, кто не любит технических тонкостей, просто сообщим, что скорость поднялась до 384 Кбит/с. Если вы не привыкли скакать по верхушкам и интересуетесь сутью дела, то с удовольствием сообщаем подробности. В протоколах передачи информации GSM используется модуляция GMSK с одним битом на символ. В EDGE заработает модуляция 8PSK с тремя битами на символ, которая увеличивает скорость в три раза. Кроме этого, в EDGE реализованы два режима работы: первый – с коммутацией пакетов (EGPRS или Enhanced GPRS), второй – с коммутацией каналов (ECSD, Enhanced Circuit Switched Data), подобно технологии HSCSD. В режиме пакетной передачи данных может изменяться скорость работы в зависимости от состояния эфира. Иными словами, если количество ошибок возрастает, то следующий пакет отсылается на меньшей скорости. Это придает протоколу гибкость. Если вам достаточно технической информации, которую мы предоставили в этой главе, то можете пропустить следующую и перейти к разделу «Подключение». Но если ваша задача – разобраться во всем этом до конца, то знакомимся с GPRS и EDGE более подробно.

Технические аспекты работы GPRS и EDGE

Итак, GPRS (General Packet Radio Service) – технология пакетной передачи данных, которая позволяет получать и передавать информацию с помощью мобильного телефона на существенно более высоких скоростях по сравнению со стандартным голосовым каналом GSM (9,6 Кбит/с). Теоретический максимум скорости передачи данных в GPRS составляет 171,2 Кбит/с. Основными преимуществами технологии GPRS являются:
  • Более высокая скорость передачи данных. Практика показывает, что GPRS позволяет передавать данные на скорости до 80 Кбит/с. Впрочем, на качество связи влияет слишком много факторов. Прежде всего, это качество сигнала от ближней базовой станции. Зачастую пользователям доступна скорость порядка 30 - 50 Кбит/с.
  • Плата за фактический объем переданной/принятой информации, а не за время работы в интернете. Вы будете удивлены, но ради эксперимента операторы из других стран предлагали пользователям и временные тарифы через GPRS. У них даже была своя аудитория, но подобный подход провалился, так как не отвечал законам простой логики.
  • Ввод новых услуг, что очень важно для оператора, так как насыщенность рынка сотовой связи высока. Рынок голосовых услуг идейно исчерпал себя, а вот сервисы, связанные с передачей данных, только начинают жить. Даже представить сложно, сколько всего можно реализовать в этой области.
  • Отсутствие необходимости создания новой сети, так как сеть GPRS — это дооснащение уже существующей сети GSM. Стоимость работ по модернизации сети в 100 раз ниже, чем создание чего-то нового.
  • Бережное использование радиоресурсов. Сейчас даже представить себе трудно, что происходит в частотном диапазоне. Если бы мы могли его слышать, то гам азиатского базара показался бы нам тишиной зимнего леса. Обладатели частот абсолютно не хотят делиться ими с другими участниками рынка. Зачем? Ведь завтра за этот товар можно будет получить в несколько раз больше. Так что удобные участки частотного спектра уже давно находятся в надежных руках. И построить новую сеть гораздо дешевле, чем расчистить для нее диапазон. Поэтому бережное отношение к радиоресурсам является жестким требованием современности.
Как происходит увеличение скорости в GPRS-сетях? Благодаря чему для нас открываются новые границы? Увеличение скорости передачи данных при использовании технологии GPRS достигается за счет следующих факторов. Во-первых, в отличие от абонента GSM, где для передачи информации используется только один из восьми TS (time slot), в технологии GPRS теоретически могут использоваться все восемь. На рисунке представлен пример, когда абоненту GPRS предоставлено четыре TS; один TS отдан под сигнализацию (служебную информацию), остальные три отданы трафиковым (говорящим) абонентам. Абонент GSM всегда имеет приоритет над абонентами, использующими технологию GPRS. Если появляется еще один трафиковый абонент, то абонент GPRS один свой TS отдает трафиковому абоненту. Появляется еще один трафиковый абонент, и абонент GPRS отдает еще один TS и т.д., пока у абонента GPRS не останется всего лишь один TS. Когда же трафиковый абонент завершит соединение — его TS будет отдан абоненту GPRS.
Также в одном TS могут находиться несколько пользователей GPRS. Пользовательский поток данных разбивается на маленькие пакеты, каждый из которых имеет заголовок, содержащий адрес “отправления” и адрес “назначения”. Таким образом, пакеты от разных пользователей могут быть смешаны в одной “информационной трубе”, обеспечивая использование радиоресурсов лишь на время, необходимое для пересылки пакетов. Если пакетов нет, то радиоресурсы остаются незанятыми. Например, абонент GPRS использует два TS. Когда подключится еще один абонент GPRS, оба они будут использовать по одному TS. Увеличение скорости передачи информации достигается также за счет использования схем кодирования с пониженной избыточностью. Помехоустойчивое кодирование позволяет обнаруживать и в значительной мере исправлять ошибки, возникающие при распространении радиосигнала. В отличие от стандарта GSM, где используется одна схема кодирования, технология GPRS предусматривает применение четырех: CS 1 – CS 4 (CS-Coding Schemes).
Схема кодирования с максимальной помехозащищенностью (CS 1) позволяет передавать информацию лишь с наименьшей скоростью. В то время как схема кодирования с минимальной защищенностью (CS 4) обеспечивает максимальную скорость передачи информации. В зависимости от интенсивности помех, автоматически выбирается одна из четырех схем кодирования. Смена схем происходит динамически, каждый раз при изменении уровня помех. Таким образом, реальная скорость передачи данных в конкретный момент времени зависит от используемой в данный момент схемы кодирования и от количества используемых TS (time slot). Максимальная скорость передачи данных получается при использовании максимальной схемы кодирования (CS4) и максимального количества используемых TS (8). 21,4х8 = 171,2. Если абоненту отводится четыре TS (как, в основном, и происходит в нашей сети), то максимальная скорость будет 21,4х4 = 85,6. Теперь нам предстоит решить еще один важный вопрос. Скорее всего, вы уже сталкивались с непонятными обозначениями классов для GPRS-телефонов. Очень мало пользователей реально понимает, о чем идет разговор. Зачастую только производитель может разъяснить вопрос с классом модема своего мобильника. Давайте решим этот вопрос раз и навсегда. Существует три класса аппаратов, работающих с технологией пакетной передачи данных — GPRS: 1. Класс А: аппараты, работающие и с передачей речи, и с передачей данных одновременно. 2. Класс В: аппараты, работающие и с передачей речи, и с передачей данных, но по очереди (большинство аппаратов). 3. Класс С: аппараты, работающие только с передачей данных (как правило, это разного рода компьютерные платы для обеспечения беспроводного доступа к данным). Также существует следующее деление телефонов GPRS.
Например, телефон GPRS класса 10 означает, что такой телефон может принимать информацию, используя четыре TS, а передавать - используя два TS. Но максимальное количество TS - пять, поэтому телефон работать по схеме 4+2 никогда не будет (четыре TS - на прием информации и два TS - на передачу). Телефон будет работать по схемам: либо 4+1, либо 3+2. Все оказалось не так сложно. Следующий вопрос, с которым мы познакомим наших читателей, это структура сети GPRS. Разумеется, ввод технологии GPRS требует добавления некоторых элементов в уже существующую сеть GSM. Ключевые компоненты сети GPRS:
  • PCU (Packet Control Unit) — устройство управления пакетами, взаимодействует с контроллером базовых станций BSC (Base Station Control) и отвечает за направление трафика данных непосредственно от BSC к SGSN.
  • SGSN (Serving GPRS Support Node) — сервисный узел поддержки GPRS, контролирует доставку пакетов данных пользователям; взаимодействует с HLR, проверяя, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги; ведет мониторинг находящихся в онлайне пользователей; организует регистрацию вновь проявившихся в зоне действия сети абонентов.
  • GGSN (Gateway GPRS Support Node) — шлюзовой узел поддержки GPRS, отвечает за переход во внешние сети; маршрутизацию данных, идущих от и к абоненту через SGSN; обеспечение безопасности; обработку счетов абонентов; динамическое выделение IP-адресов.
Итак, мы идейно подошли к логическому расширению GPRS до рамок EDGE. Именно на него стараются сделать свой упор многие современные сотовые операторы. Хотя бытует мнение, что необходим качественно новый скачок, который раскроет новый быстрый интернет для абонентов сотовых сетей. Скорее всего, многие уже поняли, о чем речь, но сегодня мы выводим такие дискуссии за рамки этой статьи. EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) — является эволюционным развитием GSM/GPRS, теоретически обеспечивающим беспроводную передачу данных со скоростью до 473,6 Кбит/с. Реально достижимая средняя скорость передачи данных составляет 100 – 120 Кбит/с, с пиковыми значениями до 230 Кбит/с. Во многом скорость передачи данных в сети с поддержкой технологии EDGE зависит от типа мобильного телефона. Существует идентичная GPRS-техника распределения таймслотов (TS) между каналами на прием и передачу. Одно из преимуществ этой техники в том, что максимальная скорость передачи информации в одном таймслоте (TS) составляет 59,2 Кбит/с (против 9,6 Кбит/с у GSM и 21,4 - в GPRS). В зависимости от качества связи, предусмотрено девять схем кодирования: от MCS-1 до MCS-9 (последняя обладает наименьшей избыточностью кодирования, соответственно – самой большой скоростью передачи данных). Картина раскрыта полностью. Нам остается выяснить немаловажный вопрос, посвященный подключению сотового телефона к компьютеру.

Подключение

Итак, как же все это объединить с компьютером? Прежде всего, стоит обратить внимание, что большинство современных мобильных телефонов, не говоря уж о смартфонах и коммуникаторах, сами предоставляют пользователям услуги по просмотру веб-страниц, работе с электронной почтой, и даже файл-серверами. Однако сомнительность удобства работы с небольшим экраном и сублимированной клавиатурой рождает в наших умах мысли о бездарно потраченном времени. Кроме этого, описать такие способы работы крайне сложно, ввиду того, что каждый абонент пользуется только своим телефоном с нужным только ему набором программного обеспечения. Если вы интересуетесь такими приложениями, то обратите внимание на другие обзоры на нашем сайте. Для большинства пользователей интернет ассоциируется с любимым экраном и дорогой сердцу клавиатурой. Поэтому наша первостепенная задача - дать своему компьютеру интернет через мобильный телефон. Существует несколько способов для связи трубки и PC. (Внимание! Перед тем, как подключить сотовый телефон к компьютеру, внимательно ознакомьтесь с правилами подключения услуг GPRS и EDGE. Они должны быть активированы для вашего номера. Если вы не уверены в этом, то обратитесь к своему оператору и попросите сделать это. Помните, что после включения услуги трубку надо выключить и снова включить. Только после этого сервис будет вам доступен.)
  • Через кабель. Это самый простой и популярный способ. В этом случае вы приобретаете кабель (иногда делать этого не надо, так как он вложен в комплект поставки) для вашего мобильного аппарата. Как правило, он имеет USB-интерфейс на стороне компьютера. Имейте в виду, ряд кабелей требует специального драйвера. Поэтому не удивляйтесь, что ваша связка не будет работать. Узнайте у производителя кабеля и телефона о необходимости установки такого ПО. Кроме этого, для установки вам потребуется драйвер самого телефона (который включает драйвер модема). Установите физическое соединение. Операционная система найдет оборудование. Дайте ей все необходимые драйверы. Обычно после этой процедуры все начинает работать само. Самое узкое место такого подключения заключается в том, что кабель обязывает вас держать трубку рядом с компьютером. Вам необходимо каждый раз вытаскивать ее из кармана и втыкать штекер. Однако это самый простой и «безглючный» способ соединения.
  • Через ИК-порт. Для этого вам необходимо иметь трубку и компьютер с ИК-портами. Через них два устройства могут общаться. Для этого сориентируйте компьютер и трубку ИК-портами друг к другу. Предельное расстояние зависит от самих устройств. Однако удалять их на расстояние более 80 см не стоит. Для подключения трубки надо, прежде всего, активировать ее ИК-порт и убедиться, что система определяет мобильник, когда вы помещаете аппарат в зону ее действия. После этого необходимо поставить драйверы самого телефона. Такой способ не сопряжен с покупкой дополнительного кабеля, но оправдан, только если на вашем компьютере уже есть ИК-порт (или к трубке нельзя подсоединить кабель). В противном случае, гораздо проще приобрести кабель. Кроме этого, данный вариант соединения чреват многочисленными «глюками». Настроек тут становится существенно больше, а значит, и запутаться в них существенно проще. Именно из-за этого бытует ошибочное мнение, что ИК-связь является узким местом и не дает нужного пропускного канала.
  • Через Bluetooth. На вашем компьютере есть Bluetooth, или вы готовы приобрети Bluetooth-модуль? Большинство современных телефонов поддерживает этот беспроводной протокол связи. Сейчас его реализация близка к идеальной, и проблемы встречаются очень редко. Для подключения трубки вам необходимо включить Bluetooth на трубке и компьютере, позволить устройствам найти друг друга и установить необходимые драйверы для трубки. Преимущества этого способа коммуникации очевидны. Вам можно оставить телефон там, где он лежит, но с условием, что максимальное расстояние между компьютером и мобильником не превышает 10 метров (на практике – 6 - 8 метров). Достаточно удобно прийти в кафе, достать ноутбук и работать в интернете, оставив трубку лежать в кармане пиджака.
Существуют и другие методы сопряжения телефона и компьютера, но рассмотренные нами выше - самые популярные. На их долю приходится 99,999 процентов подключений. Итак, телефон подключен к компьютеру. Осталось создать «соединение с сетью». Для этого рекомендуется взять настройки у оператора. Вам потребуются стандартные «пользователь и пароль» и номер подключения. Убедитесь, что в свойствах соединения, выбран именно ваш мобильный модем. После этого - добро пожаловать в сеть.

Заключительно слово

Итак, нами рассмотрена еще одна глава «Энциклопедии GSM-связи», которая создается при информационной помощи компании МТС. Тема мобильного интернета остается очень популярной сейчас, и мы готовы расширить ее границы, создав некий FAQ, который раскроет множество аспектов и подводных камней этого интересного сервиса. Если вы хотите стать его соавтором и внести свою лепту в его создание, то напишите письмо на адрес dusko@3dnews.ru и расскажите о какой-либо проблеме, связанной с этой тематикой, и об ее решении. Все важные сообщения обязательно попадут в наш следующий материал на эту тему. Особенно интересно послушать пользователей операционных систем, отличных от Windows.
- Обсудить материал в конференции


 
 
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме
⇣ Комментарии