Состояние и перспективы развития беспроводных телекоммуникационных технологий

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ

УДК 519 А. А. Али

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Ключевые слова: беспроводные телекоммуникационные технологии, Wi-Fi, IEEE, WiMAX, LTE, мобильная

связь.

Статья посвящена рассмотрению актуальных проблем, связанных с развитием и перспективами беспроводных телекоммуникационных технологий. Рассмотрены причины и факторы широкого распространения беспроводных телекоммуникационных технологий. Отдельное внимание уделено их роли в развитии социума и экономических систем. Детально проанализированы перспективы W-Fi, которые заключаются в освоении диапазона 60 ГГц, развитии технологии Wi-Fi Direct, поддержке усовершенствованных решений VoIP, развитии сотовых (mesh) Wi-Fi сетей, усовершенствовании радиоинтерфейса Wi-Fi и клиентского опыта Wi-Fi, внедрении нового стандарта Wi-Fi HaLow. Рассмотрены направления развития WiMAX и LTE. Проведено сравнение перспектив Wi-Fi, WiMAX и LTE.

Keywords: wireless telecommunications technology, Wi-Fi, IEEE, WiMAX, LTE, mobile communications.

The article considers the current problems and prospects of the development of wireless communication technologies. There are considers the causes and factors popularization of wireless telecommunication technologies. Special attention is paid to their role in the development of society and economic systems. Analyzed in detail the prospects for W-Fi, which consist in the development of 60 GHz, the development of technology Wi-Fi Direct, support of advanced solutions VoIP, the development of cell (mesh) Wi-Fi networks, the improvement of the radio interface Wi-Fi and customer experience Wi-Fi, introduction the new standard Wi-Fi HaLow. There are considers the directions of the development of WiMAX and LTE. There are comparisons a comparison of the prospects of Wi-Fi, WiMAX and LTE.

На сегодняшний день интерес многих к беспроводному доступу определяется вступлением телекоммуникаций в новый этап своего технологического развития и соответствующей трансформации бизнес-среды данной отрасли. Переход к информационному обществу сопровождается конвергенцией сетей, глобализацией и персонализацией телекоммуникационных услуг [1].

Беспроводные телекоммуникационные технологии переживают в наше время этап бурного развития и широкого распространения, темпы которого заставляют задуматься о перспективах использования новых стандартов и систем связи уже в ближайшем будущем. В перманентном динамичном развитии находятся процессы разработки, усовершенствования и реализации различных инновационных решений. Современные средства, предназначенные для пользователя, уже не лимитированы ориентацией только на единственную технологию, а являются многофункциональными модулями, обеспечивающими доступ пользователя к широкому спектру услуг: передача данных, голоса и видео.

Так, согласно данным компаний, которые предоставляют услуги мобильной связи в 97 странах мира количество мобильных устройств превысило численность населения. В соответствии с результатам исследований Cisco к 2016 году объем мирового мобильного трафика вырастет до 10,8 эксабайт в месяц [2].

По данным Федеральной комиссии по телекоммуникациям США, существует четкая корреляция между плотностью заселенности определенных территорий, образованностью людей и их возрастным составом, с одной стороны, а также проникновением

и скоростными характеристиками телекоммуникационных технологий - с другой [3].

Кроме общественного эффекта развитие беспроводных телекоммуникационных технологи оказывает существенное влияние на уровень развития экономических систем. Это убедительно доказывают исследования Чалмерского Технологического университета и Ericsson.

Так, удвоение скорости широкополосного интернета может обеспечить рост ВВП более чем на 0,3%, а увеличение скорости в четыре раза - дать стимул роста ВВП на 0,6%. Это приводит к упрощению процессов, повышению производительности и улучшению доступа к базовым услугам, таких как образование и здравоохранение. Исследование также показало, что каждые 10% роста проникновения широкополосного доступа увеличивают ВВП страны на 1% [4].

С учетом вышеизложенного, исследование, посвященное анализу состояния и перспектив развития беспроводных телекоммуникационных сетей, приобретает особую актуальность и вызывает значительную заинтересованность не только у специалистов в данной области знаний, но и у широкого круга прочих лиц, что в целом подтверждает правильный выбор темы данной статьи.

Анализ публикаций многих зарубежных и отечественных ученых, таких как Т. Грамм, Д. Эванс, В. Красильникова, А. Кукульска-Хьюм, И. Роберт, С. Титова, В. Тихомиров, В. Абакумов, В. Быков, В. Гриценко, М. Епик, Г. Козлакова, В. Кухаренко, А. Никитчук, В. Шевченко, М. Шишкина и др., а также отчетов экспертов ЮНЕСКО, Ambient Insight, New media consortium и др., свидетельствует, что состоя-

ние и перспективы развития беспроводных телекоммуникационных технологий рассматриваются в различных аспектах и сферах жизнедеятельности. Однако стремительное развитие технологий требует постоянной актуализации и обновления результатов анализа.

Основной тенденцией развития беспроводных телекоммуникационных технологий в мире является быстрое развитие сетей передачи данных, основанных на Интернет-протоколе (ГР) и постепенное вытеснение других телекоммуникационных технологий [5]. Уже сейчас на услуги передачи данных с помощью ГР (включая фиксированный и мобильный Интернет-доступ и доступ к УРМ-сетей) приходится большая часть трафика телекоммуникационных сетей и почти половина доходов операторов телекоммуникаций.

На рис. 1 приведены различные поколения беспроводных телекоммуникационных технологий.

Рис. 1 - Поколения беспроводных телекоммуникационных технологий

ми устройствами, обходя традиционные точки доступа и беспроводные маршрутизаторы.

3. Поддержка усовершенствованных решений VoIP с обновленным набором WFA-протоколов для развития конкурентоспособных альтернативных услуг.

4. Развитие сотовых (mesh) Wi-Fi сетей основанных на дешевых модулях, каждый из которых по радиоканалу соединен со всеми соседями в зоне радиовидимости.

5. Дальнейшее усовершенствование радиоинтерфейса Wi-Fi.

6. Совершенствование клиентского опыта Wi-Fi благодаря оптимизации взаимодействия с точками доступа.

7. Внедрение нового стандарта Wi-Fi HaLow, который основан на спецификации IEEE 802.11 ah. Преимуществом протокола IEEE 802.11 ah является низкое энергопотребление, что дает возможность использовать его для связи в миниатюрных изделиях.

Ожидается, что в будущем его будут использовать все устройства - от надеваемой электроники и датчиков до приборов «умного» дома и автомобилей, подключенных к единой точке доступа Wi-Fi -Access Point AP. Wi-Fi HaLow будет работать в спектре 900 МГц, который не лицензирован [6]. Это даст возможность увеличить радиус покрытия до 1 км., однако на практике позволит обеспечить удвоение дальности действия беспроводной сети по сравнению с используемым в настоящее время стандартом 2,4 ГГц. Специалисты классифицируют Wi-Fi HaLow как ответ на Bluetooth 4.0.

На рис. 2 приведен прогнозируемый рост сетей Wi-Fi.

Следует отметить, что доминирующим трендом последних лет, который обусловливает перспективы развития беспроводных телекоммуникационных технологий, является дальнейший рост количества подключений к сети Интернет именно через мобильные устройства.

Учитывая вышеизложенное, многие аналитики в перспективе считают обоснованными попытки Wi-Fi Alliance реально конкурировать с технологиями WiMAX и LTE в сфере мобильной передачи данных. И для такого оптимизма есть веские основания, принимая во внимание значительные расходы на развитие мобильных сетей 4-го поколения (4G), в то время как Wi-Fi является относительно дешевой и высокопроизводительной технологией беспроводного доступа, обладает широким набором различных терминальных устройств и доступна в обслуживании.

Ключевые перспективы развития Wi-Fi в ближайшее время состоят в следующем:

1. Освоение диапазона 60 ГГц. Wireless Gigabit Alliance (WiGig Alliance) развивает технологию Wi-Fi в диапазоне 60 ГГц с максимальной скоростью передачи 7 Гбит/с для сценариев пикосотового покрытия.

2. Развитие технологии Wi-Fi Direct, которая позволяет обеспечить с обычной скоростью Wi-Fi прямые соединения между различными клиентски-

% 100 п 80 60 40 20Н 0

_ _ _  Смартфоны

Другие устройства

2010 2012 2014 2016

Рис. 2 - Прогноз проникновения типов терминальных устройств Wi-Fi [5]

Перспективы развития WiMAX и LTE заключаются в уменьшении стоимости передачи данных, повышении скорости передачи данных, возможности обслуживания широкого спектра услуг по сниженной цене. Ключевое отличие WiMAX и LTE от Wi-Fi заключается в проектировании сети на базе IP- технологий. Радиоинтерфейс WiMAX и LTE способен обеспечить лучшие технические характеристики.

В то же время, принимая во внимание вышеизложенное, следует отметить, что, несмотря на исторически сложившейся факт развития беспроводных

телекоммуникационных технологий по диаметрально независимым направлениям, в последние годы можно наблюдать тенденцию к слиянию этих направлений. Кроме того, размер пакетных данных в сетях мобильной связи на сегодняшний день превышает объемы голосового трафика, что обусловлено внедрением технологий HSPA. Также необходимо обратить внимание, что на сегодняшний день реализуется поддержка приоритезации различных потоков информации, причем как на сетевом, транспортном уровнях (на уровне TCP / IP), так и на МАС-уровне (стандарты IEEE 802.16). Это дает возможность использовать их для передачи мультимедийной информации, предоставления услуг голосовой связи, и т. д.

Вследствие чего, само понятие развития беспроводных телекоммуникационных технологий неразрывно связано с созданием универсальных мобильных мультимедийных сетей передачи информации. Сегодня основными перспективными технологиями, нацеленными на предоставление универсальных услуг связи, являются WiiMAX, LTE, Wi-Fi. Причем, каждая из них занимает свое место на большом рынке беспроводной связи. Характеристики технологий во многом похожи. Основной акцент технологий сделан на эффективном использовании спектра, а главное - на увеличении скорости, благодаря чему улучшается качество и растет количество предоставляемых услуг.

Итак, подводя итоги проведенному исследованию, следует отметить, что беспроводные телекоммуникационные технологии трансформируют общество в течение последних 30 лет. Они не только от-

крыли информационную эпоху, но и стали инструментом содействия в исследовании, развитии и росте технологий во многих других сферах, таких как прикладная наука, инженерное дело, здоровье, обучение и транспорт. Рост объема и скорости доступа к информации и коммуникации дало значительные результаты. Такой рост может создавать новые рынки, организационные структуры и служить вызовом для существующих институтов.

Литература

1. Мещанов Г.И. Развитие телекоммуникационных технологий и состояние производства кабелей // Кабели и провода. - 2014. - №4(347). - С. 7-13.

2. Bhawani Shankar Chowdhry 2013 international conference on mobility for life technology, telecommunication and problem based learning (TTPBL). - New York: Springer, 2014. - P. 311-656.

3. Chowdhry, B. S. Foreword by Guest Editors for the Special Issue on the 2014 International Conference on Mobility for Life: Technology, elecommunication and Problem Based Learning // Wireless personal communications. - 2015. -Vol. 85. - № 2. - Р. 325-328.

4. Kyoseva T. Disruptive Innovations as a Driving Force for the Change of Wireless Telecommunication Infrastructures // Wireless personal communications. - 2014. - №3. - Р. 1683-1697.

5. Блатова Т.А. Управление инновационным развитием отрасли информационно-телекоммуникационных технологий // Актуальные проблемы инфо-телекоммуникаций в науке и образовании: сборник научных статей в 2 томах. - 2015. - С. 709-713.

6. Software Networks: Virtualization, SDN, 5G and Security / Guy Pujolle. - Wiley-ISTE, 2015. - 231р.

© А. А. Али - асп. каф. информатики и прикладной математики КНИТУ, препод. Аденского ун-та (Йеменская Республика), anees_aleysai@yahoo.com .

© Ali Anees Abdullah Shafal, Ph.D. student of Applied Mathematics & Computer Science department, Kazan National Research Technological University, junior lecturer - Aden University (Republic of Yemen), anees_aleysai@yahoo.com.