Образовательный портал о технологиях мобильной связи


О будущем мобильного Интернета .


      
     С каждым днем Internet приобретает все большее значение в нашей повседневной жизни. Интерактивность Всемирной Паутины как магнит притягивает и домашних пользователей, и руководителей информационных отделов крупных компаний. Для доступа к "цифровым богатствам" создано немало разновидностей устройств, и если сегодня среди производителей стационарных решений (сетевые и "обычные" компьютеры, Internet-телефоны и пр.) война за потребителя в самом разгаре, то завтра ареной сражения станет рынок мобильных терминалов. Телефонные компании в силу своей косности умудрились упустить рынок цифровых услуг, поставщики же мобильных средств связи полны решимости использовать свое покуда практически монопольное положение. Главным оружием борьбы с грядущим нашествием наладонных и карманных компьютеров с беспроводными модемами (к примеру, недавний амбициозный проект компании Palm Computing) должен стать вовсе не "булыжник", а стандартный протокол беспроводной передачи цифровых данных WAP (Wireless Application Protocol).
     

     Концепция

     Инициаторами проекта стали несколько ведущих поставщиков мобильных телефонов: Ericsson, Motorola, Nokia, Phone.com. Организация, насчитывающая более 200 членов, получила название WAP Forum и занялась разработкой целого ряда протоколов для беспроводного обмена данными. При этом во главу угла была поставлена задача преодоления изначальной неприспособленности мобильного терминала и сетей операторов к передаче и интерпретации большого количества разнородных данных. Естественно, новая технология будет применяться прежде всего для доставки текстовой информации, хотя предусмотрены самые разнообразные мультимедийные расширения.

     Главным толчком и базой для появления форума стали результаты статистических и маркетинговых исследований, проведенных еще в 1998 г. Тогда, по данным Yankee Group, в Европе 73% корпораций уже применяли какие-либо разновидности мобильных информационных решений. Причем 91% тех, кто еще не внедрил беспроводные технологии, собирались это сделать в течение 1999 г. В то же время пользователи США готовы предпринять следующий шаг -- 60% были бы не прочь использовать свои мобильные телефоны для доступа к цифровым сетям вместо специализированных компьютеров. В совокупности с прогнозированным миллиардом владельцев сотовых телефонов к 2005 г. -- это великолепная предпосылка для такой конвергенции.

     Стратегия создателей WAP предусматривает четыре области применения новой технологии: доступ к Internet и корпоративным сетям, push-рассылка информации, банковские услуги и развлечения. Это означает, что владелец современного мобильного телефона будет читать электронную почту, работать с системами коротких сообщений, просматривать специально подготовленные для этого Web-узлы и оперативно консультироваться с базой данных своей фирмы в любом месте в удобный для него момент. Более того, люди таких динамичных профессий, как торговый или страховой агент, получат дополнительную выгоду от внедрения WAP: они смогут оформлять, уточнять детали сделки, не покидая офиса заказчика.

     Автоматическая рассылка коротких уведомлений -- логичное продолжение уже существующих сервисов, отслеживающих скачки курсов акций и прочие критические для клиента события, но на качественно новом уровне. С помощью предлагаемых протоколов возможно внедрение, например, на производстве и важных информационных системах контроллеров (GSM chips), которые будут постоянно "держать в курсе событий" администраторов и других ответственных лиц, где бы те ни находились.

     Оперативное управление персональными финансами становится актуальным в нашем быстро меняющемся мире. Если чек можно получить, сидя на заднем сиденье такси, то почему бы сразу не оплатить его?

     Что касается развлечений -- это достаточно емкое понятие. Вероятно, к ним относятся и WAP-адаптированные службы новостей, и специально созданные игры (логические, например шахматы, или аркады), за которыми можно будет скоротать время в зале ожидания аэровокзала или в приемной.
     

     Технология

     Модель WAP строилась на базе организации Internet. И это логично, поскольку мобильные терминалы призваны стать более или менее естественным расширением Всемирной Сети. Согласно спецификации WAP 1.0, стек протоколов содержит шесть уровней: приложений (Application Layer), сеансовый (Session Layer), транзакций (Transaction Layer), безопасности (Secure Layer), транспортный, или протокол дейтаграмм (Wireless Datagram Protocol), и физический (Bearers).

     Прикладная программа может взаимодействовать с любым из этих уровней, за исключением физического. Уровень приложений соответствует двум уровням эталонной модели OSI: прикладному и представления. Сеансовый уровень необходим для создания иллюзии виртуально непрерывного сетевого соединения между прикладными программами. Уровень транзакций обслуживает в отдельности каждый запрос или посылку данных. Уровень безопасности основывается на широко известной спецификации Secure Socket Layer (SSL) и ведает процедурами шифрования/авторизации. Протокол дейтаграмм является фактическим аналогом TCP/IP и UDP/IP в беспроводных сетях. А физический уровень представляют так называемые носители (bearers) -- протоколы, используемые операторами мобильной связи: GSM, IS-136, CDMA, PHS, CDPD, PDC-P, IDEN, FLEX и др.

     Пользователь взаимодействует только с микроброузером -- программой скромных размеров, предназначенной для интерпретации содержимого WWW. С появлением WAP микроброузеры может писать каждая компания-производитель для своих мобильных терминалов, учитывая их особенности, но сохраняя совместимость по протоколам и форматам данных. Стандартом поддерживаются самые различные операционные системы, среди них Windows CE, Palm OS, EPOC и пр.

     Микроброузер вместе с разнообразными вспомогательными утилитами "понимает" только WML (Wireless Markup Language), WMLScript, конечно же форматы файлов Web-контента (изображения, звук и т. д.) и поддерживает функции WTA (Wireless Telephony Application). WML и WMLScript -- это переработанные в соответствии с ограниченными ресурсами мобильного терминала гипертекстовый язык HDML (Handheld Device Markup Language) и язык сценариев ECMAScript на основе Java. WML базируется на концепции карт (cards) и колод (decks). Карты являются аналогами Web-страниц, колоды -- документа. Для уменьшения количества запросов к удаленному серверу применяются различные методики: передача целой колоды взаимосвязанных карт в течение одной транзакции, управление содержимым карты с помощью встроенных динамически (интерактивно) изменяемых переменных и др. ECMAScript определяется стандартом ECMA-262, представляющим собой компиляцию целого ряда технологий, включая JavaScript и Jscript. Как WML, так и WMLScript изначально поддерживают кодировку UNICODE.

     Поскольку основные ресурсы, в доступе к которым заинтересован рядовой пользователь, скорее всего находятся в WWW, то любая сотовая сеть, где поддерживается WAP, должна иметь так называемый WAP Proxy. Это -- сервер, обеспечивающий трансляцию запросов, оформленных в пакеты протокола WDP, в общепринятые в Internet форматы TCP/IP, UDP/IP и обратно. В его обязанности также входит выбор конкретного типа носителя из числа доступных в беспроводной сети (short messages, circuit-switched data, packet data) для различных видов данных. Но даже после этого владелец мобильного терминала сможет работать исключительно с контентом, записанным на языке WML. Чтобы расширить его кругозор, WAP Proxy должен уметь или преобразовывать документы HTML и XML в более экономный формат WML, или внедрять отдельный сервис -- HTML Filter. Несомненно, эта процедура в дальнейшем будет вызывать наибольшие нарекания, так как однозначного способа отображения наполненных графикой, картами-изображениями и прочими оформительскими элементами Web-страниц в скупых обрывках, способных разместиться на миниатюрном экране мобильного телефона, не существует.

     Впрочем, разработчикам Proxy-серверов должны пригодиться расширения и стандарты HTML 4.0, предназначенные для интерпретации Web-страниц для людей с дефектами зрения (голосовые броузеры). Кроме того, в целях экономии пропускной способности каналов беспроводной сети WAP Proxy выполняет прекомпиляцию текстовых файлов WMLScript в бинарный формат и аналогичную процедуру для WML. Чтобы не засорять эфир передачей данных, которые не могут быть интерпретированы клиентом, используется механизм пересылки характеристик пользовательского агента (User Agent Characteristics) контент-серверу. Характеристики представляют собой список возможных в рамках модели WAP типов данных, содержащий ссылки на файлы User Agent Profile, находящиеся на удаленном узле в Internet (например, uaprof = http://www.vendor.com/MobilePhone1). Контент- или Proxy-сервер может попытаться конвертировать пересылаемые данные в один из приемлемых для клиента форматов согласно информации, прочитанной из профайла устройства.

     Помимо карт и сценариев, поддерживаются три дополнительных типа контент-файлов: изображения (WBMP -- WirelessBitMap), MIME-сообщения и специфические стандарты пользовательских агентов. К последней категории на сегодняшний день относятся электронные бизнес-карты vCard 2.1 и формат обмена календарными данными vCalendar 1.0. Бизнес-карты и календарные записи передаются как посредством запросов сеансового уровня с использованием Proxy-сервера, так и напрямую внутри беспроводной сети с помощью протокола дейтаграмм.

     Кроме доступа в Internet, оператор может снабжать пользователя самой различной информацией, подключив ее источники непосредственно к своему Proxy-серверу, а также предоставлять расширенный набор услуг, например автоматическую обработку входящих звонков, разместив в структуре сети сервер WTA (Wireless Telephony Application). Поскольку сервер телефонных приложений контролирует голосовые соединения и одновременно обменивается с мобильным терминалом по каналам передачи данных, для операторов, желающих расширить функциональность своего сервиса, открывается весьма заманчивая перспектива.

     За выполнение запросов, связанных с телефонией, отвечает программный компонент под названием WTA User Agent. Он может быть частью микроброузера или существовать отдельно, но в любом случае к такому агенту предъявляются особые требования. Ведь User Agent обрабатывает события (например, телефонный вызов), требующие реакции в реальном масштабе времени.

     Польза, которую приносит сервер приложений телефонии, зависит от управляемости сотовой сети. Если такие сигнальные процедуры, как инициализация соединения, реализованы исключительно на аппаратном уровне, то задачи WTA ограничиваются пассивной доставкой расширенной информации клиентам. При этом надо учитывать, что в спецификациях модели WAP такому серверу отводится роль ближайшего "компаньона" коммутатора вызовов (Mobile Network Switch). Пользователю могут предлагать свои услуги и сторонние поставщики информации, поэтому предусмотрено подключение таких серверов через Firewall.

     Спецификации стека протоколов WAP составлялись "с оглядкой" на существующие в среде операторов стандарты, поэтому они достаточно гибкие и не создают препятствий для внедрения в самых различных сотовых сетях. Использование заданного набора компонентов позволяет образовывать большое количество комбинаций, учитывающих недостаток или избыток функциональных возможностей, заложенных в аппаратное обеспечение оператора и клиента. WAP даже может обмениваться с терминалом данными с помощью протокола USSD 2. В этом случае между транспортным и физическим уровнями встраивается еще один слой, обеспечивающий "прозрачный" псевдодуплексный обмен данными на основе последовательного механизма диалогов.

     Все, что было написано выше, относится к некоему "коктейлю" стандартов под названием WAP 1.1. Многие расширенные функции все еще находятся на стадии обсуждения. По всей видимости, финальную черту должен подвести релиз с номером 2.0, ожидаемый в самом ближайшем будущем.

     И в последний момент пришло радостное известие для изрядно погрустневших Web-дизайнеров: они уже "предвкушали" возвращение в эпоху Notepad и ручного набора тегов. В первые же дни выставки Comdex Fall’99, проходившей в Лас-Вегасе на прошлой неделе, Nokia и Macromedia анонсировали соглашение, согласно которому в первом квартале 2000 г. будут выпущены дополнения к системе визуального проектирования Web-страниц Dreamweaver, обеспечивающие поддержку WML 1.1.
     

     Проблемы и решения

     Чтобы беспроводной цифровой сервис получил действительно широкое распространение, недостаточно просто издать соответствующие стандарты. Необходимо серьезно подумать над ограничениями функциональности мобильных телефонов как основной разновидности WAP-терминала. Помимо маленького размера экрана, возникают проблемы недостаточной производительности встроенных процессоров, малого объема памяти, большого энергопотребления и узкой полосы пропускания радиоканалов.

     Самыми серьезными, по-видимому, являются как раз два последних фактора. Ведь если даже сегодня время активной работы в сети существенно ограничено, то что будет завтра, когда абонент захочет играть, просматривать корпоративную БД, загружать электронную почту, оплачивать счета, болтать в ICQ и, конечно же, он не откажется от своих традиционных голосовых коммуникаций. Какие аккумуляторы потребуются такому чудо-терминалу и сколько он будет весить? А если потребитель подсоединит его к своему ноутбуку и вздумает воспользоваться им в качестве модема? Такими вопросами задаются и специалисты, участвующие в работе форума, но ответа, увы, они пока дать не в состоянии. А что делать с пропускной способностью 14,4 Kbps, предоставленной современной сотовой сетью? Мало того, что мобильный терминал дорог и работает от силы два-три часа от одного комплекта батарей, так он еще и довольно медлителен.

     Решение пытаются отыскать сразу несколько ведущих производителей сотовых телефонов. Имя ему -- 3G (Third Generation), или третье поколение. Для справки: в первое зачислены аналоговые терминалы, а во второе -- цифровые (GSM, TDMA, CDMA). Суть изменений, которые произошли с мобильными телефонами третьего поколения, как и в двух предыдущих случаях, заключена не столько в самих аппаратах, сколько в новой системе мобильной связи в целом. Потребуется полное изменение как конструкции терминалов, так и инфраструктуры сетей связи. Результатом всех этих немалых затрат является единая, унифицированная сотовая сеть, что означает: "один аппарат для всего мира" или "сделанное единожды -- работает везде". Кроме того, скорость передачи данных в такой беспроводной сети составит 2 Mbps -- солидное предложение. Теперь, потратившись на современный терминал, получим в свое распоряжение мощный модем, открывающий скоростной доступ в Internet из любой точки мира (где есть сотовая связь, конечно). С помощью такого канала можно смотреть видео и слушать музыку.

     "Смерть" традиционных провайдеров Internet, операторов международной связи (не забывайте про IP-телефонию) и спутникового телевидения? Возможно. Все зависит от ценовой политики на различных локальных рынках. Скорее всего, как полагает Стив Баллард (Steve Ballard) -- руководитель отделения беспроводных серверных систем корпорации Nokia, поначалу мы увидим повсеместное внедрение так называемых 2.5G-систем, скорость передачи в которых будет ограничена 64 Kbps.

     Однако эта идиллическая картина не пришлась по вкусу многим организациям, продвигающим различные телекоммуникационные стандарты. В действительности 3G является всего лишь еще одним "публичным" названием для проекта IMT-2000 (International Mobile Telecommunications), разрабатываемого в недрах Международного Телекоммуникационного Союза (ITU), и не подразумевает внедрения своего оригинального протокола связи.

     Предполагалось использовать модификацию одного из существующих стандартов, и за это "теплое место" началась жестокая и бескомпромиссная борьба. Среди множества претендентов выделяются две большие группы компаний: сторонники революции W-CDMA (Ericsson -- Европейский Союз) и приверженцы постепенного эволюционирования к cdma2000 -- CDMA Development Group (Qualcomm -- США). Оба варианта удовлетворяют требованиям IMT-2000 к пропускной способности и уровню цифрового сервиса. Сторонники cdma2000 сулят невиданные выгоды: три ступени апгрейда вплоть до 2 Mbps, сохранение существующей инфраструктуры сетей связи, утилизация старых частотных диапазонов, высокая степень готовности спецификаций и, наконец, самый главный аргумент: "зачем ждать IMT-2000, когда мы предлагаем все то же самое, но сейчас". Действительно, зачем меркантильному оператору ждать всеобщей совместимости ("больших раков, но по пять") завтра, когда можно задешево обзавестись локальным решением уже сегодня.

     Не успели высохнуть чернила на документации, как CDMA Development Group и поклонники W-CDMA громко поссорились, обвиняя друг друга в полной несостоятельности. Причиной всему -- банальная ревность: чиновники ITU явным образом предпочли путь революции. В разгоревшемся конфликте участвуют еще десяток различных противоборствующих сторон, в их числе -- европейские UTRA (раздельные W-CDMA и TDMA/CDMA как связующее звено, обеспечивающее совместимость с GSM), DECT EP, SW-CDMA, американские UWC-136, cdma2000, японский ARIB, южнокорейские CDMA-I, CDMA-II, SAT-CDMA и даже китайский TD-SCDMA. В списке не хватает, пожалуй, только Украины и России.

     Под столь яростным давлением ITU не устоял и был вынужден объявить законными… все вышеперечисленные стандарты. Впрочем, решением может послужить концепция Nokia: "много терминалов -- один сервер" или, говоря иначе, сложное оборудование провайдера, поддерживающее различные технологии связи для компенсации разнообразия терминалов. Чтобы сделать это реальным, специалисты Международного Союза разделили свои требования на две части: общую высокочастотную (аппаратное обеспечение) и множественную низкочастотную (программное обеспечение).

     А теперь еще один сюрприз. Как раз вовремя подоспело другое немаловажное нововведение -- Bluetooth. В его разработке участвовали те же Ericsson, Nokia плюс IBM, Intel, Toshiba и другие не менее известные фирмы. С помощью этой технологии в радиодиапазоне 2,4 GHz два устройства могут связаться на высокой скорости. Единственное существующее ограничение -- небольшое расстояние действия (около 10 м). Однако этого вполне достаточно, чтобы мобильный терминал мог синхронизировать свой календарь с настольным ПК в тот момент, когда вы открываете дверь офиса или квартиры. Этого также хватит, чтобы автоматически отключить сигнализацию того же офиса в то время как вы усердно шарите по карманам в поисках ключей (хотя зачем они вам теперь?). Без проблем, связанных с ограничениями широко применяемой ныне для подобных целей инфракрасной технологии передачи данных, можно на ходу обменяться календарным расписанием с сослуживцами, клиентами, начальником.

     Ничего удивительного, скажете вы. Действительно, с технической точки зрения никаких нововведений тут нет, но вся привлекательность Bluetooth выражается тремя словами: открытость, простота и дешевизна. Для того чтобы сделать устройство Bluetooth-совместимым, достаточно разместить в нем чип 9 x 9 мм. Радиоканалы располагаются в нерегулируемом диапазоне и в состоянии обеспечить общую пропускную способность вплоть до 1 Mbps (в реальной жизни полнодуплексное соединение может работать с максимальной пропускной способностью в одном направлении, равной 721 Kbps). Бороться с шумами и "столкновениями" призваны ускоренная процедура "рукопожатия" (fast acknowlegment) и переключение частоты для каждого посланного пакета (frequency hopping scheme) с частотой 1600 скачков в секунду (2,402 -- 2,480 GHz, шаг 1 MHz). Расстояние уверенного приема колеблется в диапазоне от 10 см до 10 м (в специальных конфигурациях -- до 100 м).
     

     Краткие итоги

     3G и Bluetooth, в совокупности внедренные в мобильный терминал класса сотового телефона, привлекут конечного пользователя и обеспечат безбедное существование ныне здравствующим производителям оборудования сотовой связи. Однако мобильный телефон, оснащенный всеми технологическими изысками, может по своей стоимости, массе и габаритам приблизиться к полновесному PDA, постепенно в него превращаясь. Только следуя "золотой середине" прагматичного компромисса между функциональностью и компактностью, мы постепенно придем к понятию мобильного телефона третьего поколения. Не следует забывать, что наладонные компьютеры уже буквально "дышат в затылок" телекоммуникационным "королям" сегодняшнего дня.

Сергей Митилино
www.itc-ua.com/