Съвременни безжични комуникации

Начините, по които хората и различните устройства се свързват с интернет, се промениха значително през последните години. Бяха разработени многобройни мощни безжични технологии, които се радват на все по-широко разпространение.

Но в света на комерсиалните безжични комуникации настъпва революция по отношение на начина, по който хората споделят и ползват информация, тъй като безжичният интернет не спира да набира сила. Потребителите възприемат новите функции и същевременно изискват все повече нови и допълнителни възможности, за да задоволят потребностите си.

Тази симбиоза поражда изумителна еволюция на безжичните връзки с интернет в комерсиалната област. Все още е изненадващо как безжичните технологии се превърнаха в неразделна част от нашето ежедневие, дори и в най-отдалечените части на света.

Клетъчните телефони, таблетите, лаптопите, смарт телевизори и други устройства осигуряват такова ниво на свързаност със света и такова медийно съдържание, каквито не можехме да си представим в недалечното минало. Тази тенденция не спира да се ускорява, а това прави неясна визията ни за вида безжично общество, в което ще живеем след двадесетина години.

Съществуващите стандарти за безжична мрежова връзка с интернет са многобройни и разнообразни. Те включват: близкополева комуникация (near-field communication); безжичната персонална мрежа (wireless personal area network, WPAN); безжичната локална мрежа (wireless local area network, WLAN); безжичната градска мрежа (wireless metropolitan area network, WMAN); безжичните мрежи EDGE (enhanced data rates for GSM evolution, подобрени скорости за обмен на данни за развитие на GSM), EV-DO (enhanced voice-data only, подобрен обмен само на глас и данни), HSPA (high-speed packet access, високоскоростен достъп до пакети) и др.

Всички безжични технологии, стари, настоящи и бъдещи, имат силни и слаби страни, защото всяка една от тях е била (или ще бъде) разработена за решаване на конкретен проблем. Затова е утвърдено схващането, че една технология може да работи добре за едно приложение, но да не е подходяща за друго.

Развитие на комерсиалните безжични технологии
Макар че се наблюдава все по-нарастващ интерес към нови честоти на радиочестотния спектър (например 60 GHz) “удобният” радиочестотен спектър (спектърът от честоти, които са предпочитани от гледна точка на разпространението и разходите) не е непосредствено достъпен. Този дефицит се дължи на повишено търсене и неефективно използване.

Заради него съществува мощна, инициативна изследователска общност, търсеща неуморно по-ефективни начини за използване на спектъра.
Физическите особености на този проблем не могат да се подминат.

Единственият начин за осигуряване на повишена скорост на пренос на данни за даден комуникационен канал е или да се подобри ефективността на пропускателния капацитет, или той да бъде повишен.

Тази реалност поражда необходимост от усъвършенствани технологии на модулация, от по-ефективни архитектури за контрол на достъпа до медии (MAC) и от фундаментално нови подходи за решаване на стари проблеми.
Факторът, който е в основата на необходимостта от по-широк честотен диапазон, е нуждата на потребителите от повече данни.

По-точно, необходимостта от по-голям капацитет, който да отговаря на потребностите на потребителя. Революцията на смартфоните и таблетите създаде огромен апетит за пропускателен капацитет. Разработчиците на високотехнологични устройства се стараят да са в крак с нуждите на потребителите.

Често пъти от тях се иска да осигурят повече данни, при същите, и дори често пъти по-малки физически ресурси. Устройствата трябва да имат по-малка консумирана мощност, защото потребителите не харесват късия живот на батериите. Устройствата трябва да са по-малки и по-леки, защото потребителите не предпочитат обемисти модели.

Ефективността на устройството трябва да се подобри по отношение на мощността, размерите и заетия пропускателен капацитет. Но наред с вечната нужда от по-добра ефективност, съществуват две ключови технологични развития, от които се очаква да способстват за развитието на безжичните технологии в близкото бъдеще: компютърната обработка в облак (cloud computing) и Интернет на нещата (IoT), които вече не са новост при технологиите за безжична връзка.

Компютърна обработка в облак
Технологията на компютърна обработка в облак се разви през последните 5 години, и се очаква да продължи да се развива в близкото бъдеще. Терминът “изчисления или компютърна обработка в облак” обаче често се използва неправилно, а още по-често остава погрешно разбран.

Компютърната обработка в облак се отнася до мрежовия модел, в който приложенията се намират на мрежови сървъри, а крайните потребители имат достъп до тях, вместо да се намират на крайните устройства на клиентите, като например компютри, лаптопи, или смартфони.

В много отношения компютърната обработка в облак наподобява стария модел от преди повече от 40 години - на големи електронно-изчислителни машини с терминали. Ключовата разлика е, че компютърната обработка в облак използва твърде много концепцията за виртуализация, при която сървърите всъщност може да са виртуални устройства, а на истинското, физическо устройство, може да съществуват много виртуални сървъри.

Компютърната обработка в облак навлиза и в областта на разпространението на медийно съдържание. Вместо музиката, филмите и другите файлове да се намират на крайните клиентски устройства, крайните потребители все по-често ги съхраняват в интернет и при нужда ги ползват от разстояние. Така че съхранението на информация онлайн е едно от най-сериозните и значителни приложения на облака.

Очаква се в бъдеще компютърната обработка в облак да се разшири, а в комбинация с повишаващата се мобилност на крайните потребители, тази тенденция ще продължи да поставя на изпитания инфраструктурата за безжични комуникации. Именно компютърната обработка в облак е една от основните причини за повишените очаквания към постепенното намаляване на периода от време между големите издания на комерсиални технологии за безжична връзка в световен мащаб.

Преди 10 години нови комерсиални технологии за безжична връзка се появяваха веднъж на 5-10 години, а в днешно време това се случва веднъж на 2-3 години, като този съкратен график на пускане на нови версии се отнася за всички сектори на технологиите за безжична връзка.

Интернет на нещата
Според най-честото тълкуване на Интернет на нещата (Internet of Things) при този модел, връзката с интернет се простира извън традиционните устройства - лаптопи, смартфони и т. н. - и включва други електроуреди, като хладилници, микровълнови фурни, съдомиялни машини, термостатни вентили, автомобили и пътни знаци.

В тази най-обща дефиниция липсват микроелектромеханичните (MEMS) системи. MEMS системите се вграждат в обекти с цел да им дадат възможност за комуникация и взаимодействие с мрежата. Тези обекти варират от хора с имплантирани медицински устройства до контролери в петролни рафинерии. Независимо от точната дефиниция на Интернет на нещата, според всички днешни прогнози през 2020 г. с интернет ще бъдат свързани десетки милиарди устройства, а безжичната технология ще е ключов инструмент за реализация на тази визия.

Честотен спектър
Честотният диапазон е дефицитен ресурс и понастоящем няма достатъчно честоти, за да бъдат задоволени потребностите на днешната база от потребители, да не говорим за бъдещата. Този проблем се изостря от остарелия начин, по който управляваме честотния спектър.

Регулаторните органи разпределят спектъра за определени видове услуги, след което честотите се дават на победители в тръжните процедури, които сключват договори за ползването на тези честоти срещу заплащане.

Тези разпределения и лицензи по природа са статични. Това означава, че една вече разпределена честота е недостъпна за ползване, дори когато тези, които притежават правата за нея, в момента не я ползват. Този модел води до значителна неефективност в ползването на честотния спектър и понякога създава ненужен дефицит на честоти.

Ключови тенденции в развитието на безжичните технологии
Много от най-важните комерсиални безжични технологии са подобни по отношение на базовите си характеристики. Същото вероятно ще важи и за бъдещите комерсиални технологии за безжична връзка. Според специалистите, съществуват няколко ключови технологични тенденции, които вероятно ще окажат влияние върху развитието на следващото поколение комерсиални стандарти за безжична връзка, като тези тенденции включват MIMO, предаването на данни чрез множество носители (multi-carrier modulation), когнитивното радио (cognitive radio) и мрежовото кодиране.