Регесты мобильного интернета

    internet_4.jpg

    Веб и в том или ином виде появился гораздо раньше, чем многие думают — 29 октября 1969 г был первый запуск «папы» современного интернета — сети ARPANET. Все-таки обычные пользователи смогли воспользоваться Всемирной паутиной лишь погодя 20 лет — в 1991 году, и с тех пор интернет только набирает популярность. И, конечно, в тех же 90ых многие хотели пользоваться интернетом не только дома или на работе, но и, к образцу, на улице. Так родился GPRS (наверное, некоторые вспомнят так же и CSD, однако тот пробыл недолго, и по своей сути являлся чистой воды модемным вебом: на одном конце канала устанавливался GSM-модем, а на другом – терминальный символ проводной телефонной связи. Так что по сути к мобильному интернету он имеет маленькое отношение, и полноценный мобильный интернет начался именно с GPRS).

    GPRS (2.5G)



    GPRS представляется надстройкой над GSM, осуществляющей пакетную передачу данных. Принцип работы примитивен — если есть свободные голосовые каналы, то через них можно уступать и данные. Обычно приоритет отдается голосовому трафику, поэтому проворство передачи данных (и вообще возможность передачи) напрямую зависят от такого, как сильно нагружена звонками базовая станции. Однако, если БС имелась относительно свободна и телефон мог использовать сразу несколько каналов для передачи предоставленных, то теоретический предел скорости составляет 171.2 кбит/с — отличная один для начала нулевых! Но обычно скорость была на порядок (а то и два) ниже, и повод была не только в занятости каналов для голосовой связи — абоненту, присоединенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета делается реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других владельцев. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, конечно возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи (нормально пинг составляет порядка 500-700 мс).

    free-vector-gprs_069224_gprs.png

    Принцип работы GPRS в вебе ничем не отличается от привычного нам — при установлении сессии каждому устройству привязывается IP-адрес, исходные при передаче разбиваются на пакеты. Так что в итоге протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, и без осложнений работает с любыми протоколами транспортного и прикладного уровня (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, XMPP и др.)

    В нынешнем мире GPRS уже больше почти нигде не используется — его заменил EDGE.

    EDGE (2.75G)



    Как и GPRS, EDGE так же представляется надстройкой над GSM-сетью. Основной упор был сделан на снижение числа оплошек при передаче данных. Для этого использовалась технология Incremental Redundancy (нарастающая непомерность), в соответствии с которой вместо повторной отсылки повреждённых пакетов отсылается добавочная избыточная информация, которая накапливается в программном обеспечении приёмника. Это повышает возможность правильного декодирования повреждённого пакета, и уменьшает время способа. В итоге максимальная скорость могла составлять аж 474 кбит/с (в 2003 г это было много), но на деле она была не выше 100-150 кбит/с с пингом близ половины секунды. Такой скорости хватает для загрузки текста и маленьких изображений, но о потоковой передаче хотя бы музыки речи не идет вобщем.

    3G



    После EDGE произошло некоторое разделение — в Америке в основном начали использовать CDMA, а в Европе — WCDMA. Различие между CDMA и WCDMA довольно простое — в случае с WCDMA каждой паре приемник-передатчик выделяется все срок и лишь часть спектра частот. В случае с CDMA каждой неудовлетворительно выделяется весь спектр частот, но часть времени, и необходимый сигнал определяется по числовому коду в нем.

    CDMA (3G и 3.5G)



    Из вышесказанного не запрещается выделить несколько плюсов CDMA:

    • Гибкое распределение ресурсов. При кодовом делении нет строгого ограничения на число каналов. С увеличением числа абонентов помаленьку возрастает вероятность ошибок декодирования, что ведёт к снижению качества подделывала, но не к отказу обслуживания.
    • Более высокая защищённость каналов. Выделить необходимый канал без знания его кода весьма трудно. Вся полоса частот одинаково заполнена шумоподобным сигналом.
    • Телефоны CDMA имеют меньшую предельную мощность излучения и потому позволяют более экономно расходовать батарею.

    cdmaimag.gif

    Наиболее первым стандартом был CDMA2000 1X, который позволял передавать исходные на скорости до 153 кбит/с. Однако он прожил недолго, уступив схемы EV-DO, которая развивается до сих пор. Эта технология, как и GSM, использовала временное разделение (то лакомиться в какой-то момент времени передаётся информация одного абонента) — это дает возможность выделить полную мощность передатчика для одного абонента, поэтому в непосредственном канале нет источников интерференции внутри соты, присутствуют помехи токмо от соседних сот. Однако если в сети было много абонентов, то это очень сильно увеличивало пинг — приходилось ждать, пока в куче других пакетов подоспеет тот, который нужен именно вам. Всего на данный момент существует 3 проверки (через / указаны скорости загрузки и отдачи):

    • Rel.0 (CDMA2000 1x EV-DO rel.0) — 2,4 / 0,153 Мбит/с.
    • Rev.A (CDMA2000 1x EV-DO rev.A) — 3,1 / 1,8 Мбит/с.
    • Rev.B (CDMA2000 1x EV-DO rev.B) — 73,5 / 27 Мбит/с (15 каналов порющей частоты, до 4,9 / 1,8 Мбит/с при одной. Большинство телефонов или модемов, издаваемых в 2010 году, поддерживают 2 или 3 несущие частоты).

    Так же существуют в разработке Rev.C и Rev.D (до 500 / 120 Мбит/с), за всем тем с развитием LTE их выход под вопросом.

    WCDMA (3G)



    В Европе тем временем развивался WCDMA, что являлся надстройкой над более продвинутой в сравнении с GSM UMTS. Он имел две большие полосы с частотой по 5 МГц, и в рамках одной пары приемник-передатчик часть данных частот использовалась только этой парой. Это позволило снизить пинг до 50-70 мс, но и поспешность при этом была не более 2 Мбит/с (а на больших расстояниях и вовсе до 384 Кбит/с). Странички в интернете в итоге грузились достаточно быстро, и можно было простонар слушать потоковую музыку, но до передачи потокового видео еще было очень (да и не было тогда таких сервисов).

    HSPA и HSPA+ (3.5G и 3.75G)



    HSPA представляется развитием WCDMA, был модифицирован протокол, который позволяет обеспечить труд в сети большего числа пользователей. В итоге скорость могла образовывать до 28 Мбит/с при закачке и до 11.5 Мбит/с при отдаче с пингом не больше 30 мс. На деле скорости, конечно, раз в 5 ниже, но все же это позволяет смотреть HD-видео интернет, а страницы грузятся достаточно быстро. 

    HSPA+ отличался от HSPA тем, что возникла поддержка технологии MIMO (то есть можно использовать два 5 МГц канала сразу) — это позволило увеличить скорость аж до 42.2 Мбит/с. Однако увы — за применение сразу двух частот приходилось платить усиленным нагревом и больше быстрой разрядкой телефона.

    LTE (4G)



    Еще до выхода LTE, в конце нулевых, появился подвижный WiMAX. Технология отлично подходила для передачи данных на больших быстротах на достаточно большие расстояния (структура сети аналогична таковой у GSM), все из-за дефицита частот, неподготовленности законодательной базы и самое основное — дороговизны в сравнении с 3G, эта технология так и не получила развития.

    Но вернемся к LTE. К концу свежих уже было понятно, что дальше развивать CDMA/HSPA смысла нет — это как минимальное значение уже выходит за рамки допустимого излучения, а также увеличение скорости значительно снижает автономность устройств. Поэтому был разработан абсолютно новый образец OFDMA взамен устаревающим CDMA/WCDMA. При использовании технологические процессы OFDMA весь имеющийся спектр разбивается на поднесущие, прямоугольные друг другу. В зависимости от используемой ширины канала общее число поднесущих может быть 72, 180, 300, 600, 900 или 1200. Каждая из поднесущих в силах иметь свой вид модуляции. Могут использоваться следующие модуляции: QPSK, 16QAM, 64QAM. Многократный доступ организуется за счет того, что одна часть поднесущих акцентируется одному пользователю, другая часть — второму пользователю, и т.д. Главной плюс технологии OFDMA заключается в том, что она позволяет бороться при приеме сигнала с отрицательными эффектами, вызванными многолучевым распространением. В итоге это позволило превысить предел в 100 Мбит/с на закачку при пинге не выше 20 мс — это уже сравнимо с семейным Wi-Fi. С учетом того, LTE поддерживает технологию MIMO 8×8, в теории прыть может достигать 1200 Мбит/с (LTE cat.8).

    graphLTE2.jpg

    Однако не обошлось и без минусов — во-1-х, в основном используются частоты свыше 2 ГГц, и поэтому дальность сигнала не превосходит пары километров, при этом на удалении скорость значительно падает. Другое —  для выполнения необходимых быстрых преобразований Фурье (FFT) необходимо достаточно большая вычислительная мощность, поэтому на слабых устройствах LTE может быть «есть» батарейку еще сильнее, чем 3G. И третий минус, сходящий на нет — это отсутствие вероятности передачи голоса через LTE: если при работе в LTE поступал звонок, то таксофон подключался к сети 2G/3G и его можно было принять (технология CSFB), а впоследствии отбоя телефон опять же подключался в LTE. Технология работала не очень отлично — как минимум это приводило к задержке в несколько секунд у звонящего, как максимум — на девайс, работающее в сети LTE, вообще нельзя было дозвониться. Но сейчас все деятельнее используется технология VoLTE, которая позволяет передавать голос в несходном качестве через сеть LTE.

    В итоге LTE для обычного пользователя мало выделяется от Wi-Fi — страницы грузятся без задержки, равно как и музыка. Можно просматривать потоковое 1080p60, а время закачки приложений не превышает многих минут. Однако нет предела совершенству — уже представлен стандарт 5G, который вынужден привнести в массы скорости в несколько гигабит в секунду.