Není WiMax jako Wi-Fi

Archiv | 01.11.07

Technologie WiMax a Wi-Fi bývají často házeny do jednoho pomyslného pytle, WiMax bývá dokonce prezentován jak...







Technologie WiMax a Wi-Fi bývají často házeny do jednoho pomyslného pytle, WiMax bývá dokonce prezentován jako novější verze Wi-Fi nebo jako jakési „Wi-Fi na maximum“.
Není to ale pravda, neboť jde o dvě různé technologie, směřující do úplně jiných segmentů. Zatímco Wi-Fi je určeno do rukou samotných koncových uživatelů, pro nasazení uvnitř budov a překlenutí tzv. posledního metru, technologie WiMax je určena spíše do rukou poskytovatelům služeb a pro překlenutí tzv. poslední míle, na podstatně větší vzdálenosti a spíše vně budov. Nově pak WiMax aspiruje i na to, aby se stal konkurencí mobilním technologiím 3. generace (UMTS, resp. 3G) a umožnil nabízet skutečně mobilní služby.
I přes všechny odlišnosti mají WiMax a Wi-Fi také mnoho společného. Kromě toho, že se jedná o bezdrátové technologie, jde například o neustálé oddalování nástupu jejich novějších verzí.

Od začátku…

Na samém počátku technologií Wi-Fi byla snaha navázat na velkou úspěšnost Ethernetu v lokálních sítích a zbavit tuto technologii drátů. Však se také o výsledku zpočátku hovořilo jako o „bezdrátovém Ethernetu“. Teprve později se vžilo obecnější označení „Wireless LAN“ (WLAN) a pak i nálepka Wi-Fi. Naopak původní vazba na Ethernet se časem vytratila. Co ale zůstalo, bylo původní zacílení na lokální sítě, alias sítě LAN. Tedy na (bezdrátové) propojování uzlů v rámci budov na velmi malé vzdálenosti (maximálně desítky metrů). Jelikož snaha „zbavit se drátů“ uspěla, otevřela se tím i možnost pohybovat se s koncovým zařízením, byť stále jen ve stejně omezeném dosahu maximálně desítek metrů. V době nástupů notebooků, PDA a stále chytřejších mobilů je to možnost velmi významná a vítaná.
Původní „drátové“ sítě LAN si přitom obvykle budovali a provozovali sami jejich uživatelé. Vzhledem k umístění těchto sítí (v rámci budov, tedy bytů či kanceláří atd.) by ani nedávalo moc velký smysl, aby je provozovali nějací poskytovatelé služeb či přímo telekomunikační operátoři. Stejný předpoklad pak byl aplikován i na bezdrátové sítě LAN (sítě WLAN, resp. Wi-Fi): i ty si budují a provozují sami koncoví uživatelé. Tomu musely být uzpůsobeny i parametry a celkové funkční vlastnosti Wi-Fi.
Jde zejména o „umístění“ technologie Wi-Fi do tzv. bezlicenčního pásma, kde uživatel nepotřebuje žádnou licenci (či individuální oprávnění, jak se licencím dnes správně říká). Jednoduše si pořídí příslušné zařízení a může ho začít používat, aniž by to musel někomu oznamovat, ptát se někoho, zda tak může činit, či dokonce musel takovou možnost někomu platit. Na druhou stranu to ale neznamená, že by si každý mohl v bezlicenčním pásmu dělat cokoli ho napadne. Třeba vysílat s libovolně vysokým vysílacím výkonem. To rozhodně možné není.
Dalším faktorem, který významně přispěl k dnešní oblibě Wi-Fi, je jeho velmi příznivá cena. Jakoby se i zde opakoval úspěch Ethernetu, kdy díky obrovskému zájmu uživatelů rostou objemy vyráběných produktů a velká konkurence na trhu významně sráží jejich cenu. V případě Wi-Fi natolik, že dnes je jeho podpora standardně zabudována snad do každého zařízení, které by mohlo být aspoň trochu mobilní. Výsledek je pak ten, že Wi-Fi jsou dnes plné domácnosti i kanceláře, nejčastěji se tato technologie používá pro „rozvedení internetu“ v příslušné domácnosti či kanceláři.
Na trhu přitom existuje několik variant Wi-Fi, které navíc nemusí být vzájemně kompatibilní. Pro jejich rozlišení už ale musíme opustit používání zjednodušené nálepky „Wi-Fi“ a vrátit se k přesnějšímu označování přes standardy IEEE 802.11.

802.11: a, b, g, h

Nejstarší prakticky používané standardy jsou IEEE 802.11a (povšimněte si posledního rozlišujícího písmenka „a“ na konci) a IEEE 802.11b. Nejsou vzájemně kompatibilní, protože každý z nich předpokládá použití jiného bezlicenčního pásma. Standard 802.11a je určen pro pásmo 5 GHz, zatímco 802.11b pro pásmo 2,4 GHz. Odlišná je také maximální rychlost, které mohou dosahovat: 802.11a má maximum na 54 Mbit/s, zatímco 802.11 jen 11 Mbit/s. Pozor ale na to, že jde jen o tzv. nominální rychlosti, které je třeba chápat skutečně jen ve smyslu maxima, mnohdy spíše teoretického než praktického. Reálně dosahované přenosové rychlosti, měřené na úrovni „užitečného“ datového toku, mohou být klidně i poloviční nebo ještě menší. Navíc hodně závisí na dalších faktorech, jako je vzdálenost či fyzické dispozice (například přes kolik zdí bezdrátová komunikace prochází).
S postupem času vznikly ještě další dvě verze: IEEE 802.11h a 802.11g. Verze „g“ je vylepšením verze „b“ (tj. IEEE 802.11b), která pracuje ve stejném bezlicenčním pásmu 2,4 GHz, ale díky technickým vylepšením dokáže fungovat rychleji: její teoretické maximum je na 54 Mbit/s, ale prakticky dosahované přenosové rychlosti jsou opět významně nižší. Slušným výkonem je například reálně dosahovaných 22 Mbit/s.
Verze „h“ je naopak vylepšením verze „a“, fungující v bezlicenčním pásmu 5 GHz. Také její maximální (nominální, resp. teoretická) přenosová rychlost je stejná jako u verze „a“, a to 54 Mbit/s. Faktickým rozdílem a vylepšením je proto jen zabudování dvou mechanizmů, které mají za úkol zajistit „šetrnější chování“ k omezeným frekvenčním zdrojům v bezlicenčním pásmu
5 GHz. Jde konkrétně o možnost dynamické volby frekvencí a o regulaci vysílacího výkonu.
V České republice se lze nejčastěji setkat s produkty na bázi standardů 802.11b a 802.11g, určenými pro pásmo 2,4 GHz. Je to dáno i tím, že toto pásmo bylo uvolněno pro využití na bezlicenčním principu dříve než pásmo 5 GHz. V pásmu 5 GHz pak lze používat jak novější technologii 802.11h, tak i starší 802.11a. Tu druhou ale jen s podstatně nižším vysílacím výkonem, kvůli tomu, že ještě nemá zabudované příslušné mechanizmy pro dynamickou volbu frekvencí a regulaci vysílacího výkonu. A tak se v tuzemské praxi s produkty na bázi standardu „a“ až tolik nesetkáme.

Techniky MIMO

Ani výše jmenované varianty Wi-Fi (správně: standardů na bázi IEEE 802.11) však rozhodně nepředstavují poslední slovo, které kdy mohlo být a bude vyřčeno. Již delší dobu se pracuje na dalších standardech, jež opět posunou celkovou výkonnost bezdrátových lokálních sítí (Wireless LAN, WLAN) o něco dále.
Dalším stupínkem, který již má poměrně jasné kontury, je řešení označované jako IEEE 802.11n. Někdy se ono „n“ rozepisuje i jako „next generation“. Cílem je dosáhnout nominálních (rozuměj: maximálních) rychlostí 100 Mbit/s či dokonce ještě vyšších, a to ve stejných bezlicenčních pásmech a za použití stejně širokých frekvenčních kanálů. Jedinou cestou je tak intenzifikace, resp. vyšší spektrální efektivita. Tedy dosažení většího efektu (vyšší přenosové rychlosti) při stejné spotřebě spektra (rozsahu frekvencí).
Konkrétním nástrojem k dosažení vyšší spektrální efektivnosti u technologií 802.11n je využití i takových signálů, které by jinak přišly nazmar a dokonce by i narušovaly průběh komunikace. Jde o různé odrazy od zdí a dalších objektů, jež stojí v cestě signálu či jsou jen někde poblíž. U klasického (analogového) televizního vysílání by takovéto odrazy vyvolávaly dobře známé duchy, jež by znehodnocovaly celkový obraz. U (digitálních) datových přenosů pak snižují celkovou efektivnost – pokud ale použitá technologie nedokáže jejich efekt obrátit a pokud není místo záporného vlivu naopak využít ke zlepšení podmínek příjmu. Velmi zjednodušeně to znamená neeliminovat jejich efekt (neodečítat je od užitečného signálu), ale naopak je využít pro zdokonalení přenosu (přičíst k užitečnému signálu). Vyžaduje to řadu technologických triků, ale je to možné a prakticky realizovatelné.
Obecně se takovýmto technikám říká MIMO (Multiple Input, Multiple Output) a jejich charakteristickým rysem je použití více antén na jednotlivých zařízeních (aby bylo možné lépe přijímat a vyhodnocovat i odražené signály). Zajímavé je, že tyto techniky se postupně prosazují i jinde (například v technologii WiMax).

Standard 802.11n

V rámci Wi-Fi by techniky MIMO měl využívat již zmiňovaný standard IEEE 802.11n. Jenže s ním je určitý problém: pracuje se na něm už hodně dlouho (od roku 2003) a jeho finální verze stále není k dispozici. A bohužel není ani v dohledu.
Dlouhou dobu se například zvažovalo více různých řešení, než se z nich podařilo vybrat jedno jediné – a hlavně se na něm shodnout. Ale i k němu existuje mnoho připomínek, protinávrhů či jen otevřených otázek, které je třeba ještě vyřešit. Pro urychlení celého procesu se příslušná pracovní skupina v rámci IEEE dokonce rozhodla pro dvoustupňové řešení, v jehož rámci by nejprve připravila a přijala jakýsi „předstandard“ (pre-standard), teprve pak definitivní standard. S tím, že i standardizace by mohla být dvoustupňová, po „předběžné“ verzi i definitivní verze standardů, aby se vyhovělo požadavkům trhu. Na něm se totiž již objevily (a běžně se prodávají) nejrůznější „pre-n“ verze, u kterých je velmi žádoucí ověřit alespoň nějakou vzájemnou kompatibilitu (než bude k dispozici definitivní standard).
První verze „pře-standardu“ (draft 1.0) mohla být přijata již v červnu loňského roku, ale v hlasování neprošla (nenašla potřebný konsensus). A tak se dále musely řešit četné připomínky a teprve v březnu 2007 byla úspěšně přijata druhá verze „předstandardu“ (draft 2.0.). Podle ní už se uprostřed letošního léta mohly rozeběhnout první certifikace. K 25. září pak mohla Wi-Fi Aliance, která tyto certifikace provádí, ohlásit, že testováním úspěšně prošlo a certifikaci (podle IEEE 802.11n „draft 2.0“) získalo na 90 různých zařízení od více než 30 výrobců. Příslušný seznam lze nalézt na webu Wi-Fi Aliance na adrese http://www.wi-fi.org/.

Ach ty patenty

Další osud standardu IEEE 802.11n, který by měl směřovat k již definitivní verzi 3.0., je ale znovu ve hvězdách. Původně očekávaný termín jeho schválení, jímž je březen 2008, totiž narazil na nové a dosud netušené problémy. Jde v nich o to, že na část technologického řešení, použitého v rámci technik MIMO (a prý i u již definitivních standardů 802.11a a 802.11h) si činí patentové nároky australská organizace CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation).
To by samo o sobě nebylo nic až tak nezvyklého a nepřekonatelného, protože v nově navrhovaných řešeních, která usilují o standardizaci, mohou být i části, jež jsou kryty patenty. Podmínkou je ale to, že držitel patentu nevratně deklaruje, jak bude souběh standardu a svého patentu řešit. Zejména že nebude nikoho žalovat za to, že implementuje příslušný standard.
Pravidla IEEE takovouto deklaraci ve formě „Letter of Assurance“ požadují po držitelích všech patentů, kterých by se mohl standard týkat, ještě před jeho definitivním přijetím. Ovšem organizace CSIRO zatím Letter of Assurance nevystavila. A ani to nevypadá na to, že by jej vystavit chtěla.
CSIRO v poslední době naopak činí aktivní kroky k vymáhání svých údajných patentových nároků (vyplývajících z US patentu 5,487,069, který byl podán 23. 11. 1993 a přijat 23. 1. 1996). A je zatím úspěšná. Již v únoru 2005 zahájila „test“, v jehož rámci zažalovala předního výrobce technologií pro Wi-Fi, společnost Buffalo. A v červnu 2007 federální soud v Texasu nařídil předběžné opatření, podle něhož zakázal v USA prodej výrobků společnosti Buffalo, které by mohly porušovat patent.

WiMax

Pojďme ale od patentů zpět k technologiím, a to konkrétně k technologii WiMax. Také ona má zajímavou a již delší historii, která dosud není zdaleka uzavřena.
Nejprve si ale řekněme, že v čem spočívá zásadní rozdíl mezi Wi-Fi a WiMaxem. Wi-Fi je určeno pro samotné uživatele, pro použití uvnitř budov a pro nasazení v bezlicenčním pásmu. Naproti tomu WiMAx je určen do rukou poskytovatelům, k překonávání podstatně větších vzdáleností než jednotek až desítek metrů - spíše jednotek až desítek kilometrů, hlavně v otevřeném prostoru.
A ještě další rozdíl: zatímco Wi-Fi neposkytuje žádnou podporu pro kvalitu služeb (QoS) ani garanci parametrů přenosu, WiMax toto nabízí. Má totiž ambice zprostředkovávat nejen (negarantované) datové přenosy, ale také další služby, jako je přenos živého hlasu i obrazu. A tak musí na QoS i na garantované přenosové služby pamatovat.
K zajištění QoS a garantovaných přenosů potřebuje WiMax co nejlepší podmínky, včetně co nejmenšího rušení od jiných přenosů. Proto se dnes WiMax používá především v licenčních pásmech, pro které musí mít příslušný poskytovatel (operátor, provider) potřebné individuální oprávnění. Existuje ale i možnost používat WiMax i v bezlicenčních pásmech
.
K čemu se používá WiMax?

Díky možnosti garantovaného fungování v licenčních pásmech může být WiMax využit jako bezdrátová náhrada za drátové technologie. A to včetně možnosti, aby poskytovatel uzavíral se svými zákazníky smlouvy SLA (Service Level Agreement), zaručující úroveň poskytovaných služeb. To samozřejmě předpokládá, že jde o firemní zákazníky, kteří o něco takového mají zájem a jsou ochotni za to zaplatit.
Případně, a to je dnes další významnou oblastí pro nasazení WiMaxu, je tato technologie použita pro tzv. backhaul. Tak se v odborné terminologii označuje napojení přístupových bodů (nejčastěji Wi-Fi hotspotů) na páteřní síť poskytovatele. I zde se s výhodou využije schopnost garantovat přenosovou kapacitu a další parametry. Současně tento způsob nasazení WiMaxu (viz obrázek) hezky ilustruje rozdíl mezi Wi-Fi a WiMaxem: zatímco WiMax rozvádí konektivitu na velkou vzdálenost (má za úkol překlenout tzv. poslední míli), Wi-Fi ji rozvádí pouze „lokálně“ (v rámci posledního metru).

WiMax v Česku

Pravdou je, že WiMax je v dnešní době technologií používanou spíše pro „obsluhu“ firemních zákazníků a poskytování jak datových, tak hlasových služeb. Nejinak je tomu i v Česku, kde se první implementace WiMaxu objevily v roce 2005. Dnes jej podle dostupných odhadů nasadilo přes 80 poskytovatelů a v provozu je přes 8 000 koncových zařízení. V drtivé většině případů přitom jde o technologie BreezeMAX 3500 od společnosti Alvarion, která je nasazena v licenčním pásmu 3,5 GHz. Přitom jde spíše o regionální sítě než o sítě celoplošné, což je dáno zejména způsobem přidělování licencí v tomto pásmu.
Zřejmě jediným poskytovatelem, který v Česku vlastní celoplošnou licenci v pásmu 3,5 GHz a využívá ji pro WiMax, je společnost Volný. Ta původně používala technologii BreezeAccess, ale v březnu letošního roku oznámila „přestup“ na technologii WiMax a řadu BreezeMax. Své služby na bázi WiMaxu od té doby nabízí ve 23 větších městech republiky. Nikoli tedy celoplošně. WiMax využívá především jako bezdrátovou náhradu pro dosavadní „drátová“ řešení, která si musel pronajímat od jiných operátorů.
Dalším specifickým aspektem, který ovlivňuje nasazení WiMaxu v Česku, je nemožnost jeho využití principu TDD, tedy v režimu tzv. časového duplexu s nepárovým přídělem spektra. Jsme jednou z velmi mála zemí, ve kterých to regulátor svými nařízeními zakazuje, a tak nám nezbývá než používat mnohem vzácnější varianty WiMaxu, fungující na principu frekvenčního duplexu, tedy FDD a s využitím párového frekvenčního spektra. Rozdíl mezi oběma variantami ilustruje další obrázek: jde v něm o to, zda se pro přenosy v jednotlivých směrech používají jiné frekvence (princip FDD) nebo střídavě jen jedno pásmo (TDD). Varianta TDD má výhodu i v tom, že dokáže dynamicky rozdělovat spotřebu spektra mezi oba směry a mnohem efektivněji tak vytvářet asymetrické přípojky (s různými přenosovými rychlostmi v obou směrech).

Mobilní WiMax

Až dosud jsme popisovali WiMax jako řešení víceméně stacionární, sloužící spíše jako bezdrátová alternativa ke drátovým spojům. Přitom se pracuje se spoji charakteru Point to MultiPoint, neboli s pevně umístěnými základnovými stanicemi (Point), které komunikují s několika koncovými terminály (MultiPoint) ve svém dosahu. O těchto terminálech se přitom předpokládá, že jsou stacionární a nepohybují se. Ve skutečnosti se mohou přemisťovat, ale jen v omezeném prostoru, pokud zůstávají stále v dosahu téže základnové stanice.
Vedle takovéhoto „pevného WiMaxu“ však již existuje i jeho mobilní varianta („mobilní WiMax“). Ta cíleně podporuje mobilitu koncových uzlů, včetně přechodů mezi jednotlivými základnovými stanicemi a buňkami, které kolem nich vznikají, a možnosti komunikovat „za pochodu“.
Jde tedy o stejný princip fungování jako u tradičních mobilních sítí (například sítí GSM). Však je také mobilní WiMax považován za vážného konkurenta mobilních sítí 3. generace, protože má stejné ambice: stát se technologií, která uživatelům nabídne kromě hlasu i dostatečně rychlá data, a to kdekoli a dokonce i za pochodu.
Navíc – a to by mohlo být významnou předností mobilního WiMaxu – by tato technologie mohla být celkově levnější, efektivnější a adaptivnější, když si dokáže vystačit s různě velkými příděly dostupných frekvencí (nyní již výhradně jen v licenčním pásmu). Mohla by tak umožnit vstup na trh rychlých mobilních služeb i zcela novým hráčům, kteří za sebou netáhnou zátěž již existujících mobilních sítí předchozích generací. A to by byla konkurence, kterou by dnešní mobilní operátoři určitě neviděli rádi.

Kdy?

Standard mobilního WiMaxu byl schválen již v samém závěru roku 2005, ale s jeho reálným využitím to zatím není zrovna růžové. První optimistické odhady, že podporou WiMaxu budou standardně vybavována prakticky všechna mobilní zařízení (podobně jako jsou dnes vybavována podporou Wi-Fi), hovořily již o minulém kalendářním roku. Ale ani letos se nenaplnily. Poslední zprávy hovoří o tom, že rozhraní pro mobilní WiMax by se mohla začít objevovat v masovějším měřítku v mobilních zařízeních někdy v roce 2008.
Nebo se snad za rok dočteme zase jen o dalším odkladu? 70521/ZAJ ?

Je správné hovořit o technologiích Wi-Fi a WiMax?

Určitý podíl na tom, že se technologie WiMax a Wi-Fi navzájem pletou, má už i samotné jméno WiMax. Svádí totiž k rozepsání ve smyslu: „Wi-Fi na Maximum“, což rozhodně není pravda. Zkratka WiMax je ve skutečnosti odvozena ze slovního spojení „Worldwide Interoperability for Microwave Access“. To možná není úplně nejtrefnější označení pro konkrétní technologii, ale skutečně jde o něco jiného než o „Wireless Fidelity“, zkracované jako Wi-Fi.
Nicméně, a to je asi to nejpodstatnější: ani WiMax ani Wi-Fi nejsou v pravém slova smyslu technologiemi. Sice se tak o nich běžně hovoří a píše a budeme to dělat i v tomto článku, ale ve skutečnosti představují něco jiného: jakousi nálepku, udělovanou konkrétním produktům za to, že splňují konkrétní a přesně definované požadavky. Zejména že vyhovují standardům a normám, jež definují jejich fungování, a že si rozumí navzájem a jsou schopné vzájemně spolupracovat (neboli jsou tzv. interoperabilní). Proto se také v názvu příslušných nálepek vyskytují slova jako „interoperabilita“ či „fidelity“ (věrnost).
Přitom zdaleka ne každé zařízení úspěšně projde příslušným testováním a může být příslušným způsobem certifikováno. Pokud se tak stane a produkt získá právo pyšnit se příslušnou nálepkou, je to určitá forma sdělení uživatelům, která vypovídá o kvalitách implementace příslušné technologie. Opačné tvrzení ale není zcela na místě. Absence certifikace nemusí vůbec znamenat, že příslušnému produktu se nepodařilo úspěšně projít všemi zkouškami a testy a že tedy není dostatečně kvalitní, resp. postrádá určitou požadovanou funkcionalitu. Důvodem může být i to, že potřebné testy a certifikace nejsou ještě prováděny. Třeba proto, že ještě není k dispozici finální verze standardu, z něhož by se mělo vycházet.
V případě WiMAXu možnost certifikace opravdu nebyla dlouho k dispozici, a tak se mezitím na trhu objevila řada produktů bez ní. Teprve v poslední době se situace zlepšila, protože se potřebné certifikace rozeběhly. V případě Wi-Fi se certifikuje už poměrně dlouho, ale pro nejnovější (a zatím nejrychlejší verzi 802.11n) se zatím certifikuje jen oproti předběžné verzi příslušného standardu, což rozhodně není optimální. Ale je to stále lepší než nic, protože finální podoba příslušného standardu ještě není na světě. A o jaké standardy vlastně jde?
V obou případech jde o standardy, které připravuje a vydává společnost IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Ta má řadu pracovních skupin, z nichž nejznámější je určitě skupina IEEE 802.3, zabývající se Ethernetem. Proto také standardy Ethernetu nesou ve svém názvu označení této pracovní skupiny (jde o standardy IEEE 802.3). Technologiím, které mají šanci získat označení Wi-Fi, se věnuje pracovní skupina IEEE 802.11, zabývající se standardizací bezdrátových sítí LAN (Wireles LAN, alias WLAN). Šanci získat označení WiMax zase mají technologie, jejichž standardizaci se věnuje pracovní skupina IEEE 802.16 pro bezdrátové metropolitní sítě (Wireless MAN, alias WMAN).
Správně bychom tedy měli mluvit o „technologiích na bázi standardů IEEE 802.11“ místo o „technologiích Wi-Fi“, resp. o „technologiích na bázi standardů IEEE 802.16“ místo o „technologiích WiMax“. Ale v souladu s běžnou praxí si i zde situaci zjednodušíme a přestože to není věcně správné, bude mluvit jen o Wi-Fi a WiMaxu.

Asus WL-500W patří mezi moderní Wi-Fi routery podporující budoucí standard 802.11n
( draft n).

Využití WiMaxu pro tzv.backhaul.

Představa nasazení (pevného) WiMaxu.
Varianta Pásmo Maximální rychlost
802.11a 5 GHz 54 Mbit/s
802.11b 2,4 GHz 11 Mbit/s
802.11g 2,4 GHz 54 Mbit/s
802.11h 5 GHz 54 Mbit/s













Komentáře

K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.