`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Эта многообещающая полоса 60 ГГц

Статья опубликована в №30 (696) от 1 сентября

+33
голоса

Чем привлекательна полоса 60 ГГц? Возможностью передавать огромные количества данных на короткие расстояния буквально за несколько секунд. К примеру, ученые из Центра электронных разработок при Технологическом институте штата Джорджия (Georgia Electronic Design Center) представили в 2007 г. систему, которая передает данные со скоростью 5 Гб/с на расстояния до 5 м. Несколько компаний, включая NEC, Toshiba, Sony и Samsung, также работают над приложениями для полосы 60 ГГц.

Однако в последнее время рассматривается еще одна возможность ее использования – конвергенция беспроводных персональных (WPAN) и локальных (WLAN) сетей с поддержкой пропускной способности 1 Гб/с.

Полоса 60 ГГц считается сегодня наиболее обещающей для реализации беспроводных коммуникаций внутри помещений со скоростями, превышающими 1 Гб/с. Интеграция данных технологий с Wi-Fi, использующих полосы 2,4 и 5 ГГц, предоставила бы преимущества их дополнительной природы.

Сегодня многие международные организации по стандартизации уделяют значительное внимание полосе 60 ГГц. Чем же вызван такой интерес? Прежде всего, полосы пропускания в ней несравнимы с любой другой нелицензируемой частотой. Например, в случае Wi-Fi имеется только 70 МГц в полосе 2,4 ГГц и 500 МГц – в 5 ГГц, тогда как эти показатели для 60 ГГц насчитывают гигагерцы.

Конечно, для многих приложений скоростным возможностям миллиметрового диапазона может составить конкуренцию стандарт 802.11n. Применение антенных систем MIMO и пространственного мультиплексирования существенно повышает производительность этих сетей. Однако на практике она ограничивается количеством антенн, которые можно упаковать в малом формфакторе устройств по приемлемой цене. Теоретически при использовании четырех антенн, полосы пропускания 40 МГц и коротких защитных интервалов можно добиться 600 Мб/с на физическом уровне. Однако на рынке отсутствуют коммерческие продукты данного стандарта более чем с тремя антеннами. Другой очевидный способ достичь скоростей передачи свыше 1 Гб/с в диапазонах 2,4 и 5 ГГц заключается в том, чтобы расширить полосу пропускания более 40 МГц. Однако при увеличении скорости передачи на физическом уровне намного быстрее растут непроизводительные расходы на канальном (МАС) уровне, т. е. его пропускная способность не повышается линейно. Представленные в ряде работ данные анализа показали, что для достижения скорости 1 Гб/с на уровне МАС на уровне PHY (физическом) необходимо обеспечить не менее 2 Гб/с со временем передачи серии фреймов (Transmission Opportunity, TXOP) не менее 3 мс, что, в свою очередь, потребует полосу шириной 120 МГц.

С другой стороны, полоса 60 ГГц может похвастаться широким спектром вплоть до 9 ГГц, который в типичном случае дробится на каналы шириной примерно 2 ГГц. Такие широкие каналы позволяют легко добиться скорости передачи 1 Гб/с даже при относительно простых схемах модуляции и кодирования.

Еще одним важным стимулом для индустрии использования полосы 60 ГГц являются недавние успехи технологии КМОП, позволяющие создавать недорогие трансиверы с низким потреблением энергии.

Свойства полосы 60 ГГц

Перед тем как переходить к рассмотрению возможных приложений, познакомимся со свойствами такого высокочастотного канала.

Прежде всего, полоса 60 ГГц характеризуется большими потерями при распространении в свободном пространстве. Они должны быть компенсированы направленными антеннами с высоким коэффициентом усиления. К счастью, такие антенны можно сконструировать в небольшом формфакторе благодаря короткой длине волны – всего 5 мм. Они могут быть реализованы либо на базе секторной антенны, которая может переключаться от одного сектора к другому, либо адаптивной антенной решетки с конфигурируемой диаграммой направленности.

Далее, излучение в диапазоне 60 ГГц проявляет квазиоптические свойства, что выражается в необходимости расположения компонентов на линии прямой видимости. Правда, это требование может нарушаться в случае отражения сигнала. Короткая длина волны влечет и другие проблемы – большая диффузия сигнала и трудность огибания препятствий. Так, человек, находящийся на пути между передатчиком и приемником, может ослабить сигнал на 15 дБ или даже оборвать связь. Проблему способны создать и обычные объекты интерьера, такие как мебель, стены, двери, полы. Как результат, практическая дистанция связи внутри помещений определяется в первую очередь потерями при проницании, а не при распространении в свободном пространстве, и поэтому ограничивается одной комнатой.

Конвергенция WPAN и WLAN

Основными приложениями, использующими полосу 60 ГГц, являются беспроводные персональные и локальные сети. Одно из различий между ними заключается в картине трафика. Главная цель WLAN – обеспечить каналы связи с устройствами посредством маршрутизации трафика, осуществляемого точкой доступа. Таким образом, в данном случае реализуется топология типа звезда или древообразная. С другой стороны, каналы в персональных сетях в основном формируются для связи «каждый с каждым». Границы же для таких требований, как пропускная способность, дальность связи, тип трафика, энергопотребление и т. п., сегодня размываются.

Рассмотрим несколько задач, которые могут решаться с помощью WPAN.

Синхронизация и загрузка файлов. Быстрая передача файлов от одного устройства к другому может быть полезна при загрузке из киосков кинофильмов в высоком разрешении, обмене фотографиями, к примеру между мобильными телефонами, и т. п. Для подобных задач скорость является ключевым фактором, чтобы сделать этот сервис востребованным, особенно когда объем данных очень велик. В типичных случаях данная технология используется на расстояниях, не превышающих 1 м, и требование прямой видимости выполняется.

Беспроводные дисплеи. Они могут служить заменой дисплеям с портами HDMI или Display Port для потребительских приложений, таких как беспроводное ТВ в гостиной, или для бизнеса, скажем, беспроводной проектор в конференц-зале или компьютерный монитор в офисе. Основная цель такого использования – сохранить качество изображения, которое обычно ассоциируется с проводными устройствами. Требования площади покрытия для таких дисплеев, как правило, ограничиваются одной комнатой. Что касается дистанции связи, то для мониторов достаточно 1–2 м, однако для проекторов и ТВ потребуется 5–10 м.

Беспроводная док-станция. Она способна заменить проводные соединения между ноутбуком или мобильным устройством для подключения к Интернету и периферией. Такая станция может быть встроена в дисплей или является автономной. Мобильные устройства подключаются к станции по беспроводному интерфейсу, тогда как фиксированные, в частности клавиатура, мышь, принтер и дисковые массивы, могут подсоединяться либо с помощью кабелей, либо используя беспроводную технологию. Поскольку проводные интерфейсы предоставляют мультигигабитовую пропускную способность (например, PCI-Е 2.0 и USB 3.0 – около 5 Гб/с, а PCI-Е 3.0 предполагает 8 Гб/с), то беспроводные каналы также должны обеспечивать возрастающие запросы к производительности. Для таких станций необходима связь в условиях непрямой видимости на расстоянии несколько метров.

Что касается WLAN, то они в основном используются для подключения мобильных устройств к Интернету дома, в офисе или общественных зонах доступа. Хотя стандарт IEEE 802.11n может обеспечить скорость передачи данных до нескольких сотен мегабит в секунду, он вряд ли удовлетворит требования корпоративных сервисов резервирования, так как полоса пропускания разделяется многими пользователями. Поскольку проводная сеть Ethernet уже достигла 10 Гб/с, то, естественно, возникает потребность повысить производительность WLAN хотя бы до 1 Гб/с. Полоса 60 ГГц потенциально может удовлетворить подобные запросы. Правда, здесь возникает вопрос, обеспечит ли она такую же дальность связи, как и точки доступа Wi-Fi? В самом деле, радиосвязь в полосе 60 ГГц не может сравниться по дальности, которую обеспечивают диапазоны 2,4 или даже 5 ГГц. Однако на практике большинство реализаций WLAN не требуют радиуса покрытия свыше нескольких десятков метров, что ненамного больше, чем может предоставить частота 60 ГГц. Кроме того, при увеличении расстояния довольно сильно снижается пропускная способность сетей Wi-Fi. Поэтому естественно рассматривать полосу 60 ГГц как эволюционное развитие WLAN, предназначенное для передачи данных с высокой скоростью, хотя и на меньшие расстояния.

Единая технология для WPAN и WLAN

Учитывая, что WPAN и WLAN имеют много сходных черт с точки зрения практики их использования, есть смысл рассмотреть возможность разработки для этих сетей единой беспроводной технологии. Скорее всего этот процесс уже начался.

Сегодня рынок WLAN выбрал Wi-Fi в качестве технологии для подключения к Интернету в домах, офисах и зонах доступа. Уже наблюдаются случаи использования WLAN в персональном пространстве. Предпринимались многие попытки сделать технологию 802.11 более дружественной для Р2Р-связи как в режиме инфраструктуры, так и в специальном (ad hoc), а также поправки к спецификации 802.11s (ячеистые сети), которая все еще находится в предварительном варианте. Хотя специальный режим и не используется широко, 802.11s обещает Р2Р-связь между устройствами Wi-Fi как с одним, так и с несколькими транзитными промежутками. Совсем недавно Wi-Fi Alliance Group создала Peer to Peer Task Group, в задачи которой входят разработка, сертифицирование и адаптирование к рынку технологии Wi-Fi для Р2Р-связи.

Если сегодня Wi-Fi рассматривается как единая технология для применения в сетях WLAN и WPAN, то можно предположить, что полоса 60 ГГц предоставит возможность усилить эту конвергенцию посредством повышения пропускной способности до гигабитового уровня в ближайшем будущем.

Как уже упоминалось, канал 60 ГГц может создать проблемы при использовании в условиях реальной обстановки в офисах и квартирах из-за наличия препятствий. В частности, беспроводные дисплеи, док-станции и WLAN требуют связи в случае непрямой видимости, но количество и качество таких каналов сильно меняется при переходе из комнаты в комнату и зависит от многих факторов, таких как применяемые материалы, поверхность стен, мебель, передвижение людей и т. п. С другой стороны, решения Wi-Fi в более низком диапазоне частот (2,4/5 ГГц) уже доказали свою надежность при использовании внутри помещений.

Однако дополнительная природа свойств полос 60 и 2,4/5 ГГц делает многополосные решения весьма привлекательными для обеспечения высокой пропускной способности, потребность в которой неизбежно возникнет в скором будущем. Это значит, что устройства Wi-Fi, которые нуждаются в гигабитовых скоростях передачи данных, будут модифицированы таким образом, что смогут работать в полосах 2,4/5 и 60 ГГц. Следовательно, когда позволяют физические условия, устройство будет использовать высокопроизводительную полосу 60 ГГц, в противном же случае оно сможет переключиться на более низкую частоту. Такая многополосная технология будет обеспечивать единый способ эффективного решения задач как WLAN, так и WPAN.

В зависимости от того, насколько тесно интегрированы радиокомпоненты полос 60 и 2,4/5 ГГц, многополосное устройство либо может, либо не может работать одновременно в обеих. Поэтому для функционирования в сети важно обеспечить поддержку и той, и другой конфигурации. Если радиокомпоненты допускают функционирование в двух полосах одновременно, это открывает возможности использования обеих полос для будущей оптимизации производительности устройства и сети, которая недостижима при работе только в одной полосе. С другой стороны, параллельные операции в двух полосах могут привести к слишком большому потреблению энергии. В тех же случаях, когда не требуется параллельной работы в течение длительного отрезка времени, то вопрос, как и когда переключаться с одной полосы на другую, необходимо рассматривать отдельно.

Другое общее требование, которое должно быть удовлетворено, это сосуществование с другими системами, присутствующими в зоне покрытия и работающими в тех же полосах частот.

В целом для реализации многополосной конвергенции еще имеется достаточно открытых вопросов, ожидающих ответов.

Примечание. При подготовке были использованы материалы из статьи L. Lily Yang, опубликованной в Computer Communication Review за январь 2009 г.

+33
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

А работать как микроволновая печка устройства не будут?

Они уже работают как микроволновки, ведь частота работы последней 2450 МГц... Вот только мощность Wi-Fi несравненно меньше, слава Богу !

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT