Радиосети меняют жизнь

    В американском Комитете по стандартизации IEEE P802 происходят радикальные перемены: Комитет по стандартам локальных и городских сетей все больше внимания уделяет не Ethernet, а радиотехнологиям, ставя во главу угла беспроводные локальные сети (802.11) и беспроводные городские сети (802.16/WiMAX). Каких же новых стандартов следует ожидать в ближайшее время?

    После того как уже половина рабочих групп комитета прекратила свою деятельность, IEEE Р802 теперь разделен на две части в соответствии с двумя важнейшими направлениями: Ethernet и радиотехнологии. Число групп, работающих над различными проектами по стандартизации, сократилось С 21 ДО 11 При этом, как видно из Рисунка 1, радиотехнологии преобладают (синий блок):

8о2.11 — беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Network, WLAN);
802.15 — беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Network, WPAN);
802.16 — беспроводной широкополосный доступ (Broadband Wireless Access, BWA);
802.18 — технико-консультативная группа по радиорегулированию (Radio Regulatory Technical Advisory Group, RRTAG);
802.19 — технико-консультативная группа по сосуществованию (Coexistence Technical Advisory Group, CTAG);
802.20 — мобильный широкополосный беспроводной доступ (Mobile Broadband Wireless Access, MBWA);
802.21 — независимые от среды услуги эстафетной передачи соединения (Media Independent Handover Services, MIHS);
802.22 — региональные беспроводные сети — использование телевизионных частотных диапазонов для передачи данных (Wireless Regional Area Network, WRAN).

    Конечно, Ethernet (802.3 - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD), как и прежде, играет решающую роль, но занимает уже далеко не доминирующее положение, как это было в 90-е гг. Большинство проектов закончено или завершается в этом году. Новых крупных задач пока не просматривается.

    Совершенно бессмысленной представляется деятельность группы 802.17 (эластичное пакетное кольцо — Resilient Packet Ring, RPR) — когда-то она была основана в качестве прибежища для оставшихся без работы нормировщиков Token Ring. После отказа IBM от поддержки этого стандарта едва ли найдется производитель, кто действительно в нем заинтересован. У каждого имеется собственное решение проблемы использования колец синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) для передачи Ethernet.

    Напротив, высокую активность демонстрирует рабочая группа 802.1 по высокоуровневым интерфейсам (Higher Level Interfaces, HILI). Учитывая с особой тщательностью интересы провайдеров, она тем самым выходит за рамки традиционных локальных и городских сетей.

    РАДИОСЕТИ

    В области радиосетей акцент смещается на сегмент локальных и городских сетей. В локальных сетях настоящий фурор произвел стандарт 8о2.пп, где определяются радиосети с производительностью 100 Мбит/с. В городских сетях основное внимание уделяется мобильным приложениям. Недавно утвержденный стандарт 8o2.i6e способен оказать существенное влияние на образ жизни современного человека: в будущем доступ к Internet станет возможен отовсюду, в том числе в поездах и автомобилях, движущихся с высокой скоростью.

    Необходимым условием для этого являются достижение результатов, на которые нацелена группа 802.21 (независимые от среды услуги эстафетной передачи соединения). Речь идет о передаче соединения не только между двумя радиосетями одного типа, но и между радиосетями, построенными на основе разных технологий.

    Весьма интересна также деятельность группы 8о2.22 (региональные беспроводные сети). Цифровизация наземного телевидения (DVB-T) ведет к высвобождению частотных диапазонов, вследствие чего возникает естественное желание использовать их в будущем для передачи данных.

    БЕСПРОВОДНЫЕ ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ

    В сфере беспроводной связи, как и прежде, доминирующее положение занимает группа 802.11 (см. Рисунок 2), где недавно был подготовлен стандарт 8о2.пе для поддержки качества услуг (Quality of Service, QoS). Ввиду быстрого заполнения частотных диапазонов в нелицензируемых полосах 2,4 и 5,6 ГГц отрасль нуждается в скорейшем появлении этих функций, поскольку они насущно необходимы для предоставления качественных услуг, к примеру для передачи голоса по IP (Voice over IP, VoIP) по беспроводным сетям.

    Самой горячей темой в области беспроводных сетей является технология передачи данных со скоростью юо Мбит/с (8o2.11n). Хотя сегодня многочисленные производители и предлагают интерфейсы с соответствующей функциональностью, но речь, к сожалению, идет о решениях, не отвечающих стандартам. Между тем двум доселе непримиримым лагерям MIM0 в Комитете по стандартизации (TGn Sync и WWISE) удалось все-таки достичь компромисса. Принятое сообща предложение наконец-то задаст направление для дальнейшей работы. А значит, есть надежда, что соответствующий стандарт все-таки появится — однако пока не ясно, произойдет ли это в текущем году.

    Новых стандартов можно ожидать и от рабочих групп 802.11u и 802.11w. Перед обеими поставлены конкретные задачи, и сейчас идет подготовка первых проектов. Группа 802.11 (Wireless Interworking with External Networks) разрабатывает решения по совместной работе с внешними сетями стандарта 802, к примеру UMTS. 802.11v (Wireless Network Management) определяет функции сетевого управления для беспроводных сетей. Кроме того, в области управления группа 802.11w (Protection of Management Frames) занимается защитой управляющих соединений.

    С 802.11 тесно сотрудничает группа 802.15 (Wireless Personal Area Networks), отвечающая за стандарт Bluetooth. Ее цель — расширение, а также сужение полосы пропускания. Последнее необходимо для того, чтобы понизить потребление энергии и тем самым повысить время работы устройств (к примеру, датчиков). В процессе подготовки находятся соответствующие расширения и улучшения стандарта 802.15.4 (ZigBee).

    БЕСПРОВОДНЫЕ ГОРОДСКИЕ СЕТИ

    Наряду с 8o2.il в беспроводной области наибольшую активность проявляет группа 802.16 (широкополосный беспроводной доступ) (см. Рисунок 3). После того как в 2004 г - был утвержден необходимый режим работы в условиях отсутствия прямой видимости (поп Line of Sight, nLoS), сегодня все вращается вокруг аспекта мобильности (802.16e).

    Производители устройств стандарта 802.16 (базовых станций и оборудования для установки у клиента) продемонстрировали возможность взаимодействия своих устройств на форуме WiMAX, а в этом году можно рассчитывать на появление коммерческих сетей стандарта 802.16 и в Европе. Дальний Восток ушел уже гораздо дальше: там под лозунгом WiBro (Wireless Broadband — беспроводной широкополосный доступ) идет широкомасштабное развертывание технологии 802.16.

    Однако центральная тема — мобильность — развивается не столь гладко, как хотелось бы, поскольку этим

Рисунок 1. Обзор проектной группы IEEE P802, Комитета по стандартам для локальных и городских сетей.

Рисунок 2. Стандарты и проекты IEEE 802.11 (беспроводные локальные сети).

    Еще одна проблема дублирования возникла в отношениях между группами 802.16 и 802.22 (беспроводные региональные сети) — обе в большой мере заинтересованы в использовании потенциала освобождаемых телевизионных частотных диапазонов. В этой связи стоит, однако, учитывать, что на телевизионных каналах работают и другие устройства, к примеру беспроводные микрофоны. Их функционированию не должно мешать вновь появляющееся оборудование. Последнее означает, что для использования этих каналов технологаю 802.16 необходимо заметно расширить. В качестве решения проблемы группа 8o2.i6, чего доброго, оставит телевизионный частотный диапазон группе 802.22, которая применяет технологию, совместимую с 802.16.

    Напоследок вспомним о фуроре, произведенном в IEEE 802 немецкими специалистами: под названием WIGWAM (Wireless Gigabit with Advanced Multimedia Support — беспроводная гигабитная передача с расширенной поддержкой мультимедиа) была представлена гигабитная технология, которая в 2010 г. может стать новой ступенью в развитии беспроводных технологий.

    ОБЗОР РАДИОТЕХНОЛОГИЙ

    При таком множестве самых разных технологий для повседневного использования в них можно легко запутаться. В Таблице 1 сравниваются важные параметры уже существующих и ожидаемых радиотехнологий.

    Среди прочего в таблице отражены и технические проблемы, с которыми приходится бороться UMTS: по сравнению с современными технологиями так называемая спектральная эффективность оказывается менее одной десятой. Следующее поколение UMTS — высокоскоростной пакетный доступ (High Speed Packet Access, HSxPA) — отстает от уровня последующих разработок. В современных методах (ограниченный) эфир используется гораздо эффективнее, чем в UMTS. Техника уже в состоянии предложить 5 бит на 1 Гц. Как показывают стандарт 802.1m и WIGWAM, более высокая скорость передачи данных достигается не дальнейшим уплотнением — т. е. более умной кодировкой, а увеличением числа используемых каналов.

    Кое-чего удалось достигнуть и в плане увеличения радиуса действия: если для метода 802.11 (а также UMTS) типичный радиус ячейки составляет 100 м, то методы в 802.16 обеспечивают размер ячейки до 1.5 км. При этом необходимо учитывать, что широкой полосы пропускания (пиковых значений скорости передачи данных) можно достичь лишь при идеальных условиях, т. е. в случае минимальных расстояний. Другими словами, при больших расстояниях пропускная способность заметно падает.

    Однако важное отличие между технологиями 8о2.п и 802.16 заключается в том, что 802.1l используется в локальных сетях, а 802.16 — в городских.

    802.16 предлагает хорошие функции обеспечения безопасности и качества услуг, благодаря которым провайдер в состоянии предоставить гарантированные сетевые услуги.

    ETHERNET 802.3

    Важные работы в области Ethernet завершены. Стандарт 10 Gigabit Ethernet готов и вышел на рынок. Пожалуй, пропускная способность в 10 Гбит/с — самое большое, что нужно потребителю сегодня. Поэтому постановки более амбициозных задач для 802.3 пока не предвидится.

    Действующий стандарт стоит на пяти столпах, два из которых представляют собой исключительно американские стандарты: 10 Gigabit Ethernet и Ethernet на первой миле (Ethernet in the First Mile, EFM). Международные стандарты пока заметно отстают. Группа 802.3ае лишь недавно завершила проект 10GBaseT (ю Gigabit Ethernet по кабелям Категорий 6/7). Таким образом, теперь в составе 802.3 пять рабочих групп, занятых следующими проектами (см. Рисунок 4):

8о2.3ap — loGBaseK, 10 Гбит/с (или 1 Гбит/с) в качестве объединительной панели Ethernet;
802.3aq — loGBaseLRM, 10 Gigabit Ethernet по классической много-модовой проводке;
8о2.3ar — управление перегрузками;
8o2.3as — расширение формата кадра;
8o2.3at — увеличение мощности питания для терминального оборудования. Исследовательская группа Residental Ethernet, судя по всему, перейдет в 802.1, в рамках которой и доведет свое дело до конца. Единственное предложение, способное дать проекту новую жизнь, — медный интерфейс 10 Гбит/с для небольших расстояний (30 м) не понравился ее членам. 10GBaseT пришлось бы конкурировать с этой короткодействующей технологией.

    802.3ар — Ethernet для объединительной платы: эта группа получила задачу на стандартизацию летом 2004 г. и работает над спецификацией объединительной платы Ethernet со следующими условиями:

использование формата кадров Ethernet и 802.3 B клиентском сервисном интерфейсе MAC (MAC Client Service Interface);
Рисунок 3. Стандарты и деятельность группы 802.16 (WiMAX).

Таблица 1. Сравнение различных радиотехнологий.
сохранение минимальной и максимальной длины кадра существующего стандарта 802.3; поддержка независимого от среды интерфейса (Media Independent Interface, MDI);
система функционирует по медным проводам длиной до i м (максимум через два разъема) со скоростью 1 Гбит/с или ю Гбит/с;
автосогласование обеспечивает автоматическую подстройку скорости передачи;
уровень ошибок должен быть не выше 10^-12.

    При этом определены три интерфейса:

1000BaseKX — 1 Гбит/с, последовательный порт (зависящий от физической среды — Physical Medium Dependent, PMD);
10GBaseKX4 — 10 Гбит/с, четырехканальный порт;
10GBaseKR — 10 Гбит/с, последовательный порт.

    Работы должны завершиться в сентябре 2006 г.

    8o2.3aq — ю Гбит/с по классической многомодовой проводке: с 2004 г. группа занимается недорогим волоконно-оптическим интерфейсом ю Гбит/с (loGBaseLRM). Работы должны завершиться в середине года.

    802.3аr — управление перегрузками: задание на стандартизацию получено в ноябре 2004 г- В настоящее время идет подготовка спецификации метода, применение которого обеспечивало бы распространение информации о заторах в сети и одновременно позволило ограничивать трафик на участках Ethernet без каких-либо изменений интерфейса MAC/PLS (сигнализация на физическом уровне — Physical Layer Signalling, PLS) или отрицательного влияния на пропускную способность неперегру-женных областей. Готовый стандарт обещают представить к декабрю гооб г., что, безусловно, можно считать весьма амбициозным намерением.

    802.3as — расширение формата кадра: задача этой рабочей группы, также поставленная перед ней в ноябре 2004 г-> заключается в нахождении решения для увеличения кадра, что необходимо, к примеру, для виртуальных локальных сетей. Пакет Ethernet должен помещаться в конверт переменной длины, чтобы им могли пользоваться и вновь создаваемые приложения. Речь идет не о кадрах Jumbo Frame, a лишь о небольшом удлинении до гооо байт. Завершение работы над стандартом запланировано на конец гооб г.

    802.3at — увеличение мощности питания терминального оборудования: рабочая группа 802.3at получила свое задание на стандартизацию в сентябре 2005 г. Речь в случае Power over Ethernet Plus (PoE Plus) идет большей частью об увеличении мощности, которую можно передать по кабелям класса D, — минимум до 30 Вт. В рассмотрении находятся самые разные методы, однако совместимость с предыдущим стандартом является обязательным условием.

Рисунок 4. Деятельность группы IEEE 802.3 в области Ethernet.

Рисунок 5. Группа IEEE 802.1 (высокоуровневые интерфейсы) занимается архитектурой и построением мостов.

    Перспективы Ethernet. С учетом доступной сегодня пропускной способности в Ethernet можно утверждать, что скорость в более чем ю Гбит/с пока никому не нужна, причем ю-гигабитная линия способна обеспечить телефонной связью крупный город. Поэтому одно лишь повышение пропускной способности — уже не единственный путь развития Ethernet, как это было ранее. Выход стандартов ю Gigabit Ethernet или EFM за пределы локальных сетей требует большего. В стандарте 802.3аr (управление перегрузками) описывается путь, который раньше был немыслим: это направление называется «качество услуг». Лишь с его применением Ethernet становится конкурентоспособной технологией на телекоммуникационном рынке. Однако QoS дело не ограничивается. Избыточность, управление и безопасность являются для провайдерских сетей обязательными функциями. В этой области также кое-что происходит — в рабочей группе 802.1.

    АРХИТЕКТУРА 802.1

    Группа 802.1 занимается вопросами архитектуры и организацией мостов (см. Рисунок 5)- Самый известный ее труд — стандарт 802.1D (мосты MAC), где описывается функционирование моста с относящимся к нему алгоритмом обеспечения избыточности под названием «связующее дерево» (Spanning Tree).

    На международном уровне утверждено всего несколько стандартов, представленных этой группой. Даже мосты MAC больше несовместимы, поскольку IEEE P802 в 2004 г. заменила старый алгоритм «связующее дерево» на новый «быстрое связующее дерево» (Rapid Spanning Tree). Деятельность группы охватывает три тематические области:

безопасность;
обеспечение межсетевого взаимодействия;
домашние сети (Residential Networks).

    Самая активная работа происходит в области обеспечения межсетевого взаимодействия, где объединены разработки в отношении мостов. Наряду с требованием «провайдерских мостов» и «провайдерских магистральных мостов», за которые отвечают стандарты 802.1ad и 802.1ah, к сфере межсетевого взаимодействия относятся избыточные структуры, которые также применяются в провайдерских сетях. Этой до сих пор крайне необходимой функцией занимается группа 802.1aq (построение мостов по кратчайшему пути). Наряду с 2-Port MAC Relay, который провайдерам нужен прежде всего для терминирования сети (определенного в 802.1aj), еще одну область деятельности группы составляют функции управления. Сфера интересов 802.1ag - ошибки доступа (управление ошибками соединения), a 802.1ap определяет базы управляющей информации (Management Information Base, MIB) для мостов в виртуальных сетях.

    Группа «безопасности» взяла на себя задачу, с которой не справилась группа 802.ю (безопасность в локальных сетях — Security in LAN Systems, SILS). При этом 802.1ae специфицирует функции безопасности на уровне MAC, 802.1af отвечает за управление ключами, а 802.1ar определяет методы надежной идентификации задействованных устройств. Третье направление деятельности группы 8o2.i, которое было открыто совсем недавно, — Ethernet в доме: вновь созданная исследовательская группа занимается определением мостов в домовых сетях. Кроме того, этот вопрос будет рассматриваться и в группе 802.3 Residential Ethernet.