Abeceda bezdrátu

Technologie bezdrátových sítí za sebou mají poměrně dlouhou a bohatou historii. Ta se začala psát již v roce 1970, kdy se profesorovi Normanovi Abramsonovi a jeho týmu z University of Hawai podařilo zprovoznit vůbec první obousměrnou bezdrátovou síť.

Sedm počítačů ze čtyř ostrovů v rámci hvězdicové topologie komunikovalo s jediným centrálním počítačem - premiérově bez použití telefonních linek. Od té doby uplynulo mnoho vody a dnes jsou WLAN a komerční mobilní datové sítě nepostradatelnými pomocníky...

Proč fungovat bez drátů?
Je spousta situací, kdy s kabely zkrátka nevystačíte, a stejně tolik přístrojů, které to řeší bez nich. Od trivialit zvyšujících životní komfort (dálkové ovladače, bezdrátová zařízení...) až po věci, bez nichž si už dnes život dokáže představit snad jen mongolský pastevec (mobilní telefony, smartphony...). Důležitost bezdrátových komunikací ostatně dokládá i průzkum provedený naším sesterským časopisem CIO, podle nějž celých 83 % CIO přistupuje k e-mailu mimo kancelář.

Jaký je rozdíl mezi bezdrátovým a mobilním?
Mobilní v podstatě znamená přenosný. Proto se mezi mobilní zařízení řadí jak laptopy, tak PDA či mobilní telefony. Stolní počítač by teoreticky mohl být také mobilním, pokud by se našel šílenec, kterému by se chtělo s ním tahat. Oproti tomu pojem bezdrátový symbolizuje všechny přístroje disponující nějakým druhem bezdrátové konektivity. Tak jsou bezdrátovými například mobilní telefony, o laptopu či PDA to platí, jsou-li vybaveny nějakým zařízením pro wireless komunikaci.

Technologie wireless se dělí do několika kategorií

• Pevný/ukotvený bezdrát (Fixed wireless) - na jeho principu fungují wireless zařízení a systémy v neměnných lokacích, jako jsou domácnosti a kanceláře. Typickým příkladem je hardware připojený k internetu přes specializovaný modem.Mobilní bezdrát (Mobile wireless) - případy bezdrátových systémů v pohybujících se transportních prostředcích. Do této kategorie spadají kupříkladu mobilní telefony v automobilech.
• Přenosný bezdrát (Portable wireless) - v autonomních, bateriových a bezdrátových zařízeních používaných mimo domov, kancelář či vozidlo. Sem patří například klasické mobilní telefony a PDA.
• IR bezdrát (IR wireless) - funguje v zařízeních, která data přenášejí za pomoci technologie infrazáření. Vztahuje se tak třeba na kategorii bezdrátových ovladačů, bývá i v mobilních telefonech či laptoptech.

Bezdrátové technologie dneška - celulární datové sítě v ČR
Mobilní operátoři v České republice ve svých sítích v současnosti využívají několik různých technologií, všichni operátoři zároveň nabízejí měsiční paušální datové tarify, které jsou víceméně jedinou rozumnou volbou jak pro internet v chytrém či PDA telefonu, tak pro mobilní připojení v notebooku. Připravili jsme stručný přehled nabízených standardů:

• U:Fon - nejmladší z operátorů zatím nabízí připojení jen pomocí moderní technologie 3G CDMA 2000 1xEV-DO Rev. A. Ta je optimalizována pro data a teoreticky je dokáže přenášet rychlostí přibližně 3,1 Mb/s. Průměrná rychlost stahování se dle prvních zpráv pohybuje někde okolo 600 Kb/s. V současnosti není pokrytí úplné, ale operátor slibuje pokrytí většiny obyvatel (90 %) už na začátku příštího roku.
• Vodafone - kromě základního (a poměrně pomalého) GPRS (General Packet Radio Service) fungujícího na bázi přenosu packetů bývalý Oskar nabízí také technologii EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution).
• T-Mobile - název mobilního internetu od tohoto operátora je poněkud matoucí. Služba Internet 4G totiž využívá technologii UMTS TDD 1900/872 MHz (krom toho má T-Mobile také GPRS/EDGE 900/1800 MHz), která je součástí technologického standardu označovaného jako UMTS, tedy jednoho ze standardů 3G. S komerčně prozatím neexistujícími sítěmi 4. generace (4G) nemá tedy "4G" od T-Mobile nic společného.
• Telefónica O2 - náš největší telekomunikační operátor se vydal cestou podpory klasických 3G sítí standardu UMTS, který byl nedávno (prozatím pouze ve dvou největších městech) rozšířen o podporu přenosů HSDPA, což je dobrá zpráva zejména pro majitele moderních mobilních telefonů, kteří tak mohou mít v jediném přístroji k dispozici plně mobilní širokopásmové připojení, a použít tudíž telefon jako výkonný modem (existují ale i varianty v podobě PC Card a Express Card). Krom toho nabízí Telefónica rovněž mobilní datové služby prostřednictvím sítě W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) a speciálních datových karet či modemů.

Jak se liší jednotlivé technologie datových přenosů?

• G jako GPRS - general packet radio service, tedy GPRS je dnes nejběžnější dostupnou technologií pro datové přenosy v mobilních sítích. V závislosti na počtu tzv. "slotů" podporovaných mobilním telefonem či datovou kartou a dostupných na síti a typu kódování může přenosová rychlost dosáhnout maximálně 50-90 kb/s, ve skutečnosti ale bývá spíše poloviční.
• E jako EDGE - jde o další vývojový stupeň technologie GSM (Globální Systém pro Mobilní komunikaci) po zavedení datových přenosů pomocí GPRS. Dá se tedy říct, že se jedná o vylepšené GPRS neboli EGPRS (E jako Enhanced), jak se EDGE někdy také nazývá. Hlavní změna spočívá v použití osmistavové fázové modulace (8-PSK), která umožňuje přenést tři informační bity pomocí jednoho symbolu na rádiové vrstvě - tedy trojnásobek klasického GPRS. Maximální teoretická hodnota činí 296 Kb/s, v praxi však očekávejte rychlost spíše poloviční a v závislosti na vytížení sítě i nižší. Pokrytí sice ještě není zdaleka ideální, ale z většiny měst se již připojíte bez problémů - EDGE je vzhledem k rychlosti technologií vhodná pouze pro omezené využití internetu pro e-mail a mobilní webové portály v chytrých telefonech či PDA telefonech.
• U jako UMTS - existují dvě varianty UMTS, lišící se podle použitého duplexního režimu. Nejčastější varianta je UMTS FDD, kterou podporují běžné mobilní telefony a kterou poskytuje například Telefónica O2. UMTS FDD nabízí paketové datové přenosy, hlasové služby a videotelefonii na bázi přepojování okruhů. Druhá varianta - TDD (Time Division Duplex) - poskytuje pouze paketové datové přenosy a v ČR se s ní setkáte právě v nabídce společnosti T-Mobile. Ta provozuje UMTS R5 právě ve variantě TDD. UMTS TDD má teoretické rychlostní maximum okolo hranice 4,5 Mb/s, v nabídce T-Mobilu zatím figuruje se stropem 1 Mb/s. Nevýhodou tohoto řešení je, že pro 3G datové přenosy nelze použít klasické 3G telefony s podporou UMTS, ale speciální datové karty či modemy. V klasickém mobilu či chytrém telefonu tak T-Mobile nabízí podobně jako Vodafone pouze EDGE/GPRS.
• H jako HSDPA - protokol mobilní telefonie HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) bývá někdy označován také jako 3,5G (třiapůltá generace). Objevil se v pátém vydání UMTS R5. HSDPA je dostupné pro UMTS verzi FDD i TDD. Díky HSDPA je u WCDMA teoreticky možné nabízet rychlosti až 14,4 Mb/s na buňku. Jak ovšem všichni víme, praxe bývá zcela odlišná, a tak se dnes u HSDPA setkáme spíše s rychlostním stropem 1,8 Mb/s.

Jakou technologii a operátora zvolit?
Vedle volby vhodné technologie, operátora a datového tarifu, je třeba se zamyslet i nad podobou zařízení. Prakticky pro všechny přenosové technologie jsou k dispozici datové karty ve formátech PC Card (či novější Express Card) vhodné pro notebooky a externí modemy vhodné spíše pro stolní PC. V případě GPRS/EDGE, UMTS FDD a HSDPA je možné použít jako "modem" i vhodný mobilní telefon, smarphone či PDA telefon - takové řešení je ale rozumné v situaci, kdy budete mobilní datové pripojení používat ve svém PC spíše příležitostně, než pravidelně. Náš typ pro náročné mobilní uživatele jsou tedy karty pro notebooky podporující W-CDMA, UMTS TDD či UMTS FDD+HSDPA, pro práci s poštou a webem v chytrém či PDA telefonu a příležitostné připojení je ideální mobil a operátor podporující UMTS FDD a HSDPA, a konečně pro práci s e-mailem (převážně bez příloh) a pro instant messaging v mobilním telefonu postačí i poměrně rozšířené EDGE či všudypřítomné GPRS.

Jak fungují bezdrátové sítě?
Data jsou obyčejně přenášena přes dva druhy bezdrátových sítí: Wide Area Networks (WAN) a Local Area Networks (LANs). Tyto sítě jsou velice podobné svým drátovým protějškům, namísto mědi či optických kabelů však k fungování využívají rádiových vln. Sítě WAN dokáží pokrýt území o velikosti několika států.

Sítě WLAN (Wireless LAN) jsou velice populární například na letištích, v provozovnách rychlého občerstvení či v hotelových lobby. V rámci uzavřených prostor dokáží WLAN teoreticky pokrýt vzdálenosti až do 2 km, venku se toto číslo zvyšuje na maximálních 7 km, to jsou ale čísla téměř iluzorní a platná pro pevné instalace s citlivými anténami. V reálném provozu WLAN fungují do vzdálenosti asi 150 metrů od vysílače, v interiérech to pak bývá ještě méně. Ačkoli bezdrátové LAN pokrývají mnohem menší území než WAN, datová propustnost v nich dosahuje rychlostí až 54 Mb/s (typická propustnost 19 Mb/s), podle připravovaného standardu 802.11n až 500 Mb/s (typická propustnost 100+ Mb/s). Mnoho společností WLAN využívá nejen pro běžný přenos dat po síti, ale také při přechodu z klasické telefonie na VoIP.

Standardy WLAN (Wi-Fi)
Všechny bezdrátové LAN ke komunikaci využívají nějaký druh standardu 802.11 (tedy Wi--Fi). Standard 802.11 zahrnuje šest druhů modulací pro posílání rádiového signálu, přičemž všechny používají stejný protokol. Nejpoužívanější modulace jsou definované písmeny v dodatcích k původnímu standardu. Varianty 802.11x (kde x symbolizuje konkrétní verzi vyjádřenou jedním z písmen abecedy) pokrývají téměř celou abecedu. O většinu z nich se ale vůbec nemusíme starat. Důležitá jsou dodatková písmena "b", "a" a "g". 802.11n přináší další techniku modulace. Původní zabezpečení bylo vylepšeno dodatkem "i". Další dodatky ("c-f", "h", "j") pouze upravují nebo rozšiřují předchozí specifikaci.

Standardy 802.11 s dodatkovými písmeny "b" a "g" využívají 2,4GHz pásmo. Proto mohou přístroje interferovat s bezdrátovými telefony, Bluetooth a dalšími zařízeními používajícími stejné pásmo. Oproti tomu standard 802.11a používá 5GHz pásmo, a není tedy ovlivněn zařízeními pracujícími v 2,4GHz pásmu.

Podívejme se blíže na nejdůležitější čtveřici standardů v rámci normy IEEE 802.11:

• 802.11b je jedním z doplňků norem IEEE 802.11 zabývajících se definicí bezdrátového komunikačního standardu známého pod komerčním názvemWi-Fi. Byl schválen v roce 1999 a oproti původnímu standardu navyšuje přenosovou rychlost na 11 Mb/s v přenosovém pásmu 2,4 GHz. Nevýhodou 802.11b je především možné rušení signálu, které v náročném prostředí razantně snižuje přenosové rychlosti.
• 802.11a využívá Wi-Fi v pásmu 5 GHz. Používá modulaci OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, česky ortogonální multiplex s kmitočtovým dělením). Jedná se o přenosovou techniku pracující s takzvaným rozprostřeným spektrem, kdy je signál vysílán na více nezávislých frekvencích, což zvyšuje odolnost vůči interferenci. Oproti standardu IEEE 802.11b/IEEE 802.11g je tento stabilnější a vyspělejší. Má větší povolený vyzařovací výkon oproti 802.11b/g, takže ho lze používat na delší vzdálenosti. Maximální přenosové rychlosti dosahují až 54 Mb/s.
• 802.11g je rozšířením normy IEEE 802.11b, s níž je zpětně kompatibilní. Také vysílá ve stejném frekvenčním pásmu 2 400-2 485 MHz, ale maximální nominální rychlost je již 54 Mb/s, což odpovídá přenosům přibližně o rychlosti 25 Mb/s. Použité modulační schéma je OFDM pro rychlosti 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 a 54 Mb/s, přičemž pro rychlosti 1, 2, 5,5 a 11 Mb/s je použito stejné schéma jako ve standardu IEEE 802.11b. Vysílací výkon je oproti IEEE 802.11b snížen z 200 mW na 65 mW.
• 802.11n má za cíl upravit 1. vrstvu (fyzickou vrstvu) a podčást 2. vrstvy (linková vrstva, onou podčástí je MAC, tedy Media Access Control) referenčního modelu OSI tak, aby se docílilo reálných rychlostí přes 100 Mb/s. Maximální teoretické rychlosti však dosahují až závratných 500 Mb/s (při použití čtyř antén a režimu 4 × 4). Měl by se také zvýšit dosah.

Základem standardu 802.11n je technologie chytrých antén MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Ta prvotní tok dat rozdělí na více toků a následně je odesílá přes dvě či více antén. Toky jsou pak přijaty jinými anténami a převedeny zpět na tok prvotní. Bezdrátová komunikace s MIMO využívá fenoménu vícecestné propagace (multipath) ke zvýšení propustnosti a dosahu nebo ke snížení počtu přenosových bitových chyb. Obecně pak lze říci, že s přibývajícím počtem antén poroste i přenosová rychlost.

Jak je to s návratností investic do bezdrátových projektů?
ROI lze jednoduše vyčíslit, má-li projekt za cíl zvýšit obraty nebo naopak snížit náklady. Většina bezdrátových implementací však slouží k podpoře produktivity či proto, aby ulehčila stávající datové infrastruktuře. Malý příklad: Obchodník s BlackBerry, s chytrým telefonem se systémem Symbian či s WindowsMobile 6 PDA telefonem má neustálý přístup k e-mailům, i když je na pracovní cestě. Bez chytrého či PDA telefonu by musel trávit část večera vyřizováním poštovní agendy, takto se jí však "odbavuje" průběžně a získaný čas může využít k dalším činnostem.

O nesporných přínosech bezdrátu pro mobilní pracovníky asi pochybuje jen málokdo, z wireless technologií mohou ovšem profitovat také zaměstnanci v kancelářích. Například výkonný ředitel na schůzku může vyrazit s vědomím, že je vždy dosažitelný na svém mobilním telefonu či PDA, a netrávit čas čekáním na e-maily a telefonáty u pracovního stolu. Zavedení Wi-Fi v prostorách firmy či firemního areálu prozměnu usnadňuje nejrůznější operativní porady a může napomoci vyšší efektivitě práce, zejména ve firmách kde jsou zaměstnanci standardně vybaveni přenosnými počítači.