Internet mobilny a rzeczywistość

John Chapman jest pełen entuzjazmu. Dyrektor ds. strategii mobilnej i bezprzewodowej firmy Hewlett-Packard podpisał właśnie trzyletnią umowę badawczą z NTT DoCoMo, komórkową częścią japońskiego giganta telekomunikacyjnego NTT. Cel? Przeprowadzić burzę mózgów nad infrastrukturą sieci bezprzewodowej o tak dużej przepustowości, że według Chapmana nie będziemy już zawracać sobie głowy jej pomiarami. Hewlett-Packard sprzymierzył się z NTT DoCoMo – którego nazwa oznacza „wszędzie”, ponieważ japońska firma jest wiodącym na świecie dostawcą mobilnego Internetu. Szacuje się, że 72 procent japońskich posiadaczy telefonów komórkowych rutynowo łączy się z Internetem, w porównaniu z zaledwie 6% w Stanach Zjednoczonych. Chapman wierzy, że jeśli Hewlett-Packard może zaoferować Amerykanom bogate strumieniowe przesyłanie wideo, danych, grafiki i głosu za pośrednictwem szybkiej sieci, która dociera do każdego rogu ulicy, platformy metra, plaży i podwórka, będą rejestrować się tłumnie.

Jak zbudować tę szerokopasmową sieć bezprzewodową, to palące pytanie. Firmy telekomunikacyjne musiałyby wydać setki miliardów dolarów, aby przenieść dzisiejszą wąskopasmową infrastrukturę telefonii komórkowej do szerokopasmowego. To nie jest zwykłe ulepszenie. Dzisiejsze skromne telefony komórkowe i bezprzewodowe urządzenia internetowe łączą się z Internetem z słabą prędkością 9600 bitów na sekundę, czyli mniej niż jedną piątą szybkości przeciętnego modemu do komputerów stacjonarnych. A nawet modem stacjonarny nie kwalifikuje się jako łącze szerokopasmowe. Jego prędkość musi być co najmniej czterokrotnie większa, aby użytkownicy mogli cieszyć się natychmiastowym dostępem do Internetu i oglądać filmy w pełnym ruchu w jakości filmowej.

Ta historia była częścią naszego wydania z czerwca 2001 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Co więcej, protokół aplikacji bezprzewodowych, za pomocą którego dzisiejsze urządzenia mobilne łączą się z Internetem, zazwyczaj obsługuje tylko nieporęczne, uproszczone, czarno-białe wersje kilkuset witryn internetowych celowo dostosowanych do małego ekranu. Pomimo ciągłych reklam smartfonów i bezprzewodowych gadżetów takich jak Sprint, AT&T, Palm i Kyocera, większość ludzi jest sfrustrowana embrionalną siecią bezprzewodową.

Biorąc pod uwagę ogromne wydatki na licencjonowanie nowego pasma szerokopasmowego od rządów krajowych, bitwy techniczne i regulacyjne o to, których nowych protokołów komunikacyjnych należy używać, a także potrzebę remontu wież komórkowych i urządzeń mobilnych, niektórzy eksperci zastanawiają się, czy korzyści są warte zachodu. Czy naprawdę potrzebujemy strumieni danych płynących z wież komórkowych na całym świecie, abyśmy mogli oglądać klip wideo CNN, gdy schodzimy z krawężnika w centrum miasta, płacąc stromą opłatę za minutę za ten przywilej?

Może nie. Poza Japonią entuzjazm dla tego scenariusza wydaje się słabnąć, nawet wśród firm telekomunikacyjnych, które pobierają za to opłaty. Koszt wydaje się tak astronomiczny, że do jego pokrycia potrzebny byłby żarłoczny popyt konsumentów na takie udogodnienia, jak cyfrowe wideo i muzyka. Żadne badania w USA ani w Europie nie wskazują, że istnieje taki popyt lub że konsumenci płaciliby składki.

Oczywiste jest jednak to, że konsumenci, którzy spacerują lub jeżdżą samochodem, chcą niezawodnych połączeń komórkowych, przywoływania, poczty e-mail oraz szybkiego i łatwego dostępu do pełnej, kolorowej sieci WWW. Żaden z nich w rzeczywistości nie wymaga łącza szerokopasmowego. Po sprawdzeniu rzeczywistości niektórzy dyrektorzy telekomunikacji promują nową wizję: ulepszyć system komórkowy na tyle, aby konsumenci mogli uzyskać nieprzerwane połączenia telefoniczne i natychmiastowy dostęp do sieci za pośrednictwem modnego urządzenia przenośnego, gdy są na zewnątrz, i nagradzać ich transmisją strumieniową, multimediami , blask łącza szerokopasmowego po wejściu do domu, w biurze lub hotelu, w pociągu lub w samolocie. Kiedy szał wokół łączy szerokopasmowych nieco osłabnie, czy tak naprawdę będzie wyglądać przyszłość?

Ograniczenie prędkości natury

Ta nowa, hybrydowa wizja pozostaje sprzeczna w branży bezprzewodowej, głównie dlatego, że ewangeliści mobilnej łączności szerokopasmowej, tacy jak Chapman, wierzą w jej zbudowanie i przyjdą. Ich firmy proponują mieszankę konkurencyjnych protokołów, aby przenieść nas poza dzisiejsze cyfrowe sieci telefonii komórkowej drugiej generacji, czyli 2G. W tym roku planują wprowadzić tak zwane systemy 2.5G, które łączą głos i dane w Japonii i Europie, a w 2002 roku w Stanach Zjednoczonych. Japonia twierdzi, że wkrótce pojawi się trzecia generacja, czyli 3G. Jednak nikt nie wydaje się być pewien, kiedy 3G, standard obsługujący prawdziwe aplikacje szerokopasmowe, zostanie faktycznie wdrożony.

Przeciwdziałanie jego szybkiemu pojawieniu się jest fundamentalnym prawem regulującym przesyłanie danych, które zostało ustanowione w pierwotnej erze telekomunikacji: 1948. W tym roku Claude E. Shannon z Bell Labs stwierdził, że maksymalna ilość danych, które można przesłać dowolnym kanałem, wynosi ograniczone przez dostępną szerokość pasma (ilość zajmowanego przez nie widma częstotliwości radiowych) oraz przez stosunek sygnału do szumu (sygnał, który ma być przesłany w stosunku do zakłóceń).

Oba limity są strajkami przeciwko mobilnej komunikacji bezprzewodowej. Kanał bezprzewodowy może wykorzystywać tylko część widma zatwierdzoną przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny i licencjonowaną przez jedno z jego 189 państw członkowskich. Opłaty licencyjne są przerażające: przewoźnicy wydali ponad 46 miliardów dolarów na widmo 3G w samych Niemczech. Przy tych cenach operator musi zmaksymalizować zwrot ze swoich kanałów, pakując jak najwięcej danych w możliwie wąskim paśmie częstotliwości – jest to praktyka sprzeczna z zasadą wypełniania szerokiego pasma strumieniami multimedialnymi, które wymagają dużej ilości danych, co jest technologicznie optymalną strategią. Aby rozwiązać konflikt, przewoźnicy muszą opracować technologię, która może szybciej wysyłać sygnały w wąskich pasmach.

Co gorsza, ośrodek, przez który przepływają sygnały – ziemska atmosfera na powierzchni – jest w dzisiejszych czasach bardzo hałaśliwym miejscem. Sygnały telefonów komórkowych oddalają się od budynków, zboczy i siebie nawzajem, powodując zakłócenia i zanik. Aby poprawić wierność, producenci muszą zwiększyć moc sygnału lub zredukować szumy. Ale nie mogą zwiększyć mocy, ponieważ Federalna Komisja Łączności i jej europejscy i azjatyccy odpowiednicy ograniczają promieniowanie elektromagnetyczne, jakie mogą emitować wieże komórkowe i telefony komórkowe. Poza tym podniesienie poziomu mocy słuchawki zabija jej baterie.

Nic więc dziwnego, że inżynierowie skupiają się na redukcji hałasu. Ta gra rozpoczęła się na dobre w połowie lat 90., kiedy cyfrowe telefony komórkowe zaczęły zastępować wersje analogowe, radykalnie zwiększając wyrazistość głosu. Mimo że firmy telekomunikacyjne musiały wydać miliardy dolarów na dodanie cyfrowych nadajników-odbiorników do swoich wież komórkowych, modernizacja szybko się zwróciła, ponieważ pozwoliła również dostawcom wcisnąć o wiele więcej jednoczesnych połączeń głosowych w tym samym kawałku drogiego pasma, przy mniejszych zakłóceniach .

Rozejrzyj się zanim skoczysz

Istnieją dwa podstawowe schematy pakowania jak największej liczby połączeń cyfrowych w dostępną przepustowość. Protokół Time Division Multiple Access, wczesny format promowany przez AT&T, przekształcił się w Globalny System Komunikacji Mobilnej, obecnie prawie uniwersalny w Europie i Japonii. Jako główna alternatywa, przyjęta przez Sprint i GTE, pojawił się Code Division Multiple Access, który pod koniec dekady zredukował szumy lepiej niż metoda z podziałem czasu i spakował więcej danych w jednym kanale.

Wiodące standardy 3G zatwierdzone przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny opierają się na protokole podziału kodu. Jednak aby je wdrożyć, firmy telekomunikacyjne muszą licencjonować drogie nowe widmo i dokonać przeglądu technologii wież komórkowych i telefonów komórkowych. Po początkowym ślepym entuzjazmie niewielu amerykańskich przewoźników wydaje się teraz spieszyć z ogromnymi inwestycjami. Tom Crook, dyrektor ds. badań nad technologią w firmie Sprint PCS, przemawia za wieloma, gdy mówi, że nie widzę nas w najbliższym czasie w zakresie 3G.

Grupy zajmujące się oceną techniczną, takie jak Adventis w Bostonie, również twierdzą, że na prawdziwym rogu ulicy szybkość transmisji danych 3G nie zbliży się do maksymalnych wartości podanych przez zwolenników branży, które opierają się na nieskazitelnych warunkach laboratoryjnych. W niedawnej kompilacji badań technicznych i inwestycyjnych analizujących osiem proponowanych technologii szerokopasmowych, Adventis doszedł do wniosku, że tylko trzy mogą realistycznie osiągnąć średnią prędkość transmisji danych większą niż modem stacjonarny. A te trzy mogłyby z grubsza podwoić prędkość, znacznie mniej niż czterokrotność potrzebna do rzeczywistej wydajności szerokopasmowej.

Ken Hyers, analityk branży z Cahners In-Stat Group, mówi, że zniechęcające wydatki i wątpliwe wyniki techniczne 3G powodują, że operatorzy w USA przyjmują postawę wyczekiwania. Mówią: „Zobaczmy, ile pasma naprawdę wykorzystają nasi klienci”. Jeśli chcą tylko prostych usług internetowych, takich jak internetowe katalogi restauracji, odpowiedź może brzmieć niewiele.

Zamiast zrobić prawdziwy skok szerokopasmowy, Sprint PCS i inni zdecydowali się przetestować wody przy użyciu technologii 2.5G, która wykorzystuje to samo widmo, co obecne sieci 2G i wymaga jedynie stosunkowo niewielkiej modernizacji sprzętu. Chociaż 2,5G nie może osiągnąć prawdziwych szybkości transmisji danych szerokopasmowych, oferuje jeden ogromny postęp: jest zawsze dostępny natychmiast, 24 godziny na dobę. Nie będziesz musiał dzwonić i czekać 30 sekund, aż Twoje urządzenie mobilne połączy się z Internetem. Natychmiastowy dostęp dogłębnie zmienia Twoje relacje z Internetem. Badania pokazują, że ludzie w domach z natychmiastowym dostępem za pośrednictwem systemów przewodowych, takich jak cyfrowe linie abonenckie i modemy kablowe, korzystają z Internetu trzy razy częściej niż osoby, które za każdym razem muszą dzwonić. Kiedy jesteś mobilny, każde opóźnienie jest jeszcze bardziej zniechęcające i może całkowicie uniemożliwić Ci dostęp do sieci.

Więc kto naprawdę potrzebuje 3G? Niektóre z najbardziej sprytnych telekomów zaczęły zacierać tę różnicę, definiując swoją technologię 2.5G jako 3G. Anil Kripalani, starszy wiceprezes Qualcomm, mówi: „Wiemy, jak przesunąć granicę”. Podobnie jak inni zwolennicy w USA, nie widzi potrzeby, aby operatorzy przeskakiwali na prawdziwe 3G. W ten sposób światowa dysproporcja telekomunikacyjna może się utrzymywać, z Ameryką skłaniającą się w stronę 2,5G, Japonią skłaniającą się do 3G, a Europą i resztą Azji wahającymi się pomiędzy nimi.

Jednak nawet jeśli marzenie o 3G tak śmiało reklamowane w branży zniknie, nie pójdzie na marne, ponieważ to właśnie zmotywowało operatorów do przejścia na standardy 2,5G. Inżynierowie opracowują intrygujące nadajniki-odbiorniki typu wieża komórkowa i anteny do słuchawek, aby zapewnić użytkownikom sieci bezprzewodowych maksymalną przepustowość i najsilniejsze dostępne sygnały, niezależnie od tego, ile Gs pobierają. Jednak niekompatybilne protokoły transmisji wciąż stanowią problem. Każde urządzenie komórkowe wykorzystuje mikroprocesorowy układ radiowy, który obsługuje tylko jeden protokół. Telefon korzystający z protokołu podziału kodu wymaga innego chipa niż telefon z protokołem podziału czasu, a różne telefony 3G od AT&T i GTE, powiedzmy, używałyby różnych chipów, nawet gdyby oba były oparte na protokole podziału kodu.

Według Benny'ego Binga, wiodącego autorytetu w dziedzinie technologii bezprzewodowych w Georgia Institute of Technology Broadband Institute, jedna technologia, znana jako chipy radiowe definiowane programowo, może stanowić rozwiązanie. Będące jeszcze w fazie prototypu, chipy radiowe oprogramowania mogą przełączać się między protokołami, technikami filtrowania i schematami wykrywania. W każdej chwili urządzenie mobilne z wbudowanym radiem programowym mogłoby płynnie przełączać się między amerykańskimi, europejskimi i japońskimi standardami telekomunikacyjnymi, a także konkurencyjnymi protokołami transmisji ( zobaczyć Uniwersalny telefon komórkowy , TR kwiecień 2001 ).

Pokonanie nalotu

Perspektywa zaprojektowania zwycięskiej szerokopasmowej architektury mobilnej przyciągnęła legiony ambitnych technologów. Pozostaje jednak pytanie, czy kiedykolwiek będą w stanie zapewnić wystarczającą moc komunikacji — pamiętaj Claude E. Shannon — abyś mógł obejrzeć ten klip z CNN podczas spaceru po centrum miasta. Zamiast próbować rozkręcać sieć telefonii komórkowej w celu zapewnienia szerokopasmowego Internetu, być może lepiej wyjdą nam systemy równoległe, jeden do telefonu (który już istnieje) i jeden do transmisji danych (w budowie).

Teresa H. Meng, przełomowa badaczka technologii bezprzewodowych na Uniwersytecie Stanforda, która jest obecnie dyrektorem ds. technologii w firmie Atheros Communications, producenta chipów bezprzewodowych, naprawdę nie ma żadnego powodu, dla którego stary dobry system telefonii komórkowej miałby przetrwać lub rozwijać się jako bezprzewodowy Internet. Zamiast tego, mówi Meng, firmy telekomunikacyjne mogłyby umieścić bezprzewodowe urządzenia nadawczo-odbiorcze na każdym słupie budynku i sieci. Każdy nadajnik-odbiornik obejmowałby niewielki obszar lub nanokomórkę o średnicy od 200 do 300 metrów. Razem stworzyliby coś, co Meng nazywa bezprzewodową tkanką. Ponieważ urządzenia nadawczo-odbiorcze byłyby tak blisko użytkowników, mogłyby wysyłać wyraźne, szybkie sygnały bezprzewodowe w wąskich pasmach, na częstotliwościach mieszczących się w przemysłowej/naukowej/medycznej części widma, które regulatorzy udostępniają bezpłatnie i są używane przez urządzenia bezprzewodowe. telefony, otwieracze do drzwi garażowych, instrumenty medyczne i maszyny fabryczne. A słuchawki mogą ujść na sucho z niską mocą wyjściową, oszczędzając baterie.

W testach w laboratoriach Sunnyvale, CA, chipsety Atheros osiągają szybkość transmisji danych setki razy szybciej niż modemy stacjonarne — prawdziwe szerokopasmowe łącze. Nie są obciążone koniecznością przenoszenia głosu, mogą być znacznie szybsze niż systemy 3G, które razem dostarczają głos i dane. Meng mówi również: Branża teleinformatyczna ma przewagę. Ponieważ branża telefonii komórkowej jest mocno uregulowana i całkowicie ustandaryzowana, ulepszenia dokonywane są bardzo stopniowo — tak jak w przypadku 3G w porównaniu z 2G. Te technologie mają już 15 lat. Nawet niektórzy pionierzy telefonii komórkowej, tacy jak Martin Cooper, który we wczesnych latach 70. opracował pierwszy przenośny telefon komórkowy w Motoroli, zgadzają się, że podwójny system może być bardziej praktyczny niż 3G ( zobaczyć Wszyscy się mylą , ).

Okrywanie naszych miast nanokomórkami może wydawać się naciągane, ale Meng twierdzi, że kosztowałoby to mniej niż nabycie drogiego widma 3G. Chip Elliott, główny naukowiec w BBN Technologies firmy Verizon, zgadza się. Szacuje, że sieć obejmująca duże miasto wymagałaby 20 milionów dolarów z góry na sprzęt plus 5 milionów dolarów rocznych kosztów sieci. Nieźle, biorąc pod uwagę, że widmo 3G dla samego Nowego Jorku zostało sprzedane na aukcji za miliardy dolarów, a wymagana modernizacja systemu znacznie zwiększy koszty.

Uwolnione od głosu, systemy tylko do danych mogą zapewnić szybszą i łatwiejszą drogę do niedrogich, szerokopasmowych usług internetowych, być może nawet strumieniowych transmisji wideo CNN na rogu ulicy. Rzeczywiście, dostępna na rynku usługa mobilna Ricochet tylko do transmisji danych firmy Metricom działa już dwa razy szybciej niż modemy stacjonarne. Technolodzy również testują znacznie szybsze schematy oparte wyłącznie na danych. Konsensus jest taki, że Ortogonalne Multipleksowanie Podziału Częstotliwości, format obecnie używany do transmisji telewizji wysokiej rozdzielczości w Europie, może stanowić najlepszą opcję. Rajiv Laroia, dyrektor ds. technologii w firmie Flarion, wiodącej komercjalizacji programu, mówi, że jego firma zaoferuje sprzęt jeszcze w przyszłym roku.

Oczywiście istnieje wiele przeszkód w infrastrukturze tylko do danych. Widmo przemysłowe/naukowe/medyczne może szybko stać się przepełnione, zmuszając w końcu przewoźników do licencjonowania drogich częstotliwości. Zakłócenia mogą pogorszyć jakość tych multimedialnych strumieni internetowych. Nie ma uzgodnionego protokołu transmisji, co powoduje, że usługi tylko do transmisji danych są otwarte na niezgodność, która nęka 3G. Aby uniknąć chodzenia z kilkoma różnymi gadżetami, potrzebowalibyśmy tego urządzenia radiowego do łatwego przełączania między trybami głosu i danych. Co więcej, poza obszarami miejskimi, trudno sobie wyobrazić nanokomórkę na co piątym słupku ogrodzeniowym.

Co prowadzi nas z powrotem do przekornej wizji sieci hybrydowej: systemu telefonii komórkowej 2.5G zapewniającej czysty głos, przywoływanie i stały dostęp do Internetu dla naszych urządzeń przenośnych na zewnątrz; oraz okablowanie telewizji kablowej i sieci komputerowej już zainstalowane w pomieszczeniach, zapewniające pełne szerokopasmowe wrażenia, z których może korzystać urządzenie podręczne.

Taką architekturę można zbudować stosunkowo szybko i niedrogo. Szybki, szerokopasmowy Internet będzie wkrótce dostępny w wielu środowiskach wewnętrznych, ponieważ firmy takie jak Cisco Systems i Juniper Networks intensywnie ciągną kable światłowodowe do domów i firm. Prosty bezprzewodowy nadajnik-odbiornik w rogu holu lub salonu zasili Twoje urządzenie mobilne; w ten sam sposób można było uzyskać dostęp do szybkich sieci wbudowanych w nowoczesne pociągi i samoloty. Ten schemat dobrze wpisuje się również w to, co dzieje się w wielu firmach, gdzie starzejące się, przewodowe sieci lokalne są zastępowane stacjonarnymi sieciami bezprzewodowymi, które są tańsze i łatwiejsze w instalacji oraz łatwo obsługują szerokopasmowe szybkości transmisji danych. Twoje urządzenie mobilne byłoby proste, aby zatrzasnąć się w tej infrastrukturze.

Spoglądając na koniec dekady, możesz w końcu korzystać z sieci bezprzewodowej 2.5G do wygodnych rozmów telefonicznych i dostępu do Internetu podczas wędrówek po mieście, a następnie przełączyć się na stacjonarną sieć bezprzewodową, gdy wejdziesz do kawiarni, stacji metra lub sala konferencyjna, być może za pomocą internetowego telefonu z oprogramowaniem radiowym, który w razie potrzeby przełącza się między głosem a danymi. Otwórz telefon komórkowy 2.5G CellMate, idąc główną ulicą, aby zadzwonić do domu, a następnie przełącz się na tryb transmisji danych, aby pobrać listę zakupów po tym, jak współmałżonek poinformuje Cię o nagłej imprezie, o której nie wiedziałeś, że ją organizujesz. Kiedy wejdziesz do Mammoth Grocery, CellMate przełączy się na stacjonarną sieć bezprzewodową sklepu, dzięki czemu możesz szybko sprawdzić Online Wine, aby zobaczyć, który rocznik będzie uzupełnieniem obiadu. Pojawia się mapa sklepu, prowadząca do alejki z winami. Wskazujesz CellMate na skaner podczerwieni przy kasie, aby obciążyć Twoje konto bankowe. I ten hybrydowy system wewnątrz/zewnętrzny, a nie wielka wizja 3G, może być tym, jak naprawdę wygląda przyszłość szerokopasmowej łączności bezprzewodowej.

ukryć