4.3.4 Сервисы (дополнительные функции), предоставляемые стандартом gsm

GSM не только является на сегодня самым распространенным в Европе и в мире цифровым стандартом сотовой связи. Этот стандарт также предоставляет своим абонентам самый большой и не сравнимый ни с каким другим стандартом сотовой связи перечень дополнительных услуг. Часть этих сервисов должна предоставляться сетью, часть – предоставляться сетью и поддерживаться терминалом, а часть реализуется непосредственно терминалом. К сожалению, объем данной работы не позволяет нам подробно рассмотреть все эти дополнительные функции, перечень которых, к тому же все время стремительно растет. Остановимся на некоторых из них, которые на наш взгляд являются самыми основными.

Передача речи. Основная услуга, предоставляемая в стандарте GSM. Имеет безусловный приоритет перед передачей любых данных. Качество звука определяется используемыми кодеками: EFR (Enhanced Full Rate, высокое качество), FR (Full Rate, среднее качество), HR (Half Rate, низкое качество). При использовании менее качественных кодеков нагрузка на сеть

79

снижается и можно одновременно обрабатывать большее количество звонков. Иногда для еще более качественной по сравнению с кодеком EFR передачи речи используют кодек AMR, изначально предназначенный для записи голоса на диктофон (чаще всего при работе в диапазонах 1800 и 1900 МHz). Современные базовые станции позволяют автоматически выбирать кодек в зависимости от нагрузки на сеть. Переключения кодека в мобильном терминале с помощью специальных кодов как правило ни на что не влияют, так как любой терминал в GSM-сети работает под управлением базовой станции [36]. Есть еще одна проблема при передаче звука – помимо речи через сети стандарта GSM могут передаваться пары частотных сигналов клавиатуры DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency – двухтональный многочастотный набор телефонного номера). Эти сигналы широко используются в проводной и мобильной телефонии для дистанционного управления с клавиатуры телефона различными устройствами. При прохождении через канал связи такие сигналы могут искажаться, поэтому стандартом GSM предусмотрено, что при нажатии на клавишу мобильный терминал посылает в сеть не тональный сигнал, а только команду „начало сигнала DTMF“ (а при отпускании клавиши – команду „окончание сигнала DTMF“). Сам же сигнал DTMF генерируется сетью и таким образом обеспечивается безошибочный прием сигнала при любом допустимом уровне помех в радиоканале [3]. К передаче речи можно отнести и передачу экстренных вызовов. Стандартом GSM для этого выделен номер 112, по которому можно произвести вызов с заблокированного терминала и даже с терминала без установленной SIM-карты. Вызов по номеру 112 должен иметь высокий приоритет и производится в незашифрованном виде (как уже упоминалось, процесс кодирования выполняется именно в SIM-карте) [3].

Стандарт GSM применительно к передаче речи предоставляет самые широкие услуги роуминга⁵, причем чаще всего встречается международный роуминг, хотя иногда может предоставляться и национальный роуминг. Роуминг в этом стандарте почти всегда автоматический, в последнее время он начал распространяться не только на передачу речи, но и на передачу данных в сетях других операторов.

Передача факсимильных сообщений. Является отдельной услугой, требующей подключения и присвоения отдельного номера. Скорость передачи через коммутируемый канал составляет 2400 – 9600 бит/с [3]. В последнее время передача факсимильных сообщений в целом и по сетям GSM в частности все чаще вытесняется передачей документов по электронной почте, для чего сегодня в сетях GSM уже не нужно подключать специальные услуги, а в случае использования смартфона, коммуникатора или терминала бизнес-класса к тому же не требуется никакого дополнительного оборудования.

Передача данных. В принципе под термином „передача данных“ применительно к сотовым (территориальным) сетям стандарта GSM

80

подразумевается передача любой информации, отличной от голосового трафика. Но для максимального упрощения использования значительная часть трафика, относящегося к передаче данных, выделена в стандарте GSM в отдельные услуги. SMS, ЕМS, ММS, загрузка контента при помощи кодов, передача факсимильных сообщений, доступ к множеству специальных услуг посредством WAР и доступ в Internet – все это примеры отдельных услуг, реализованных при помощи передачи данных. Поскольку о передаче факсимильных сообщений уже упоминалось выше, а сервис коротких сообщений будет рассмотрен далее, причем достаточно подробно, в данном пункте разговор в основном пойдет о доступе через сеть GSM к глобальной сети Internеt и ее адаптированной к возможностям мобильных терминалов разновидности WAР.

Поскольку сеть GSM по своей структуре фактически является беспроводным вариантом цифровой сети ISDN, она изначально приспособлена для передачи данных [3]. Выход в обычный (неадаптированный) Internеt и доступ к HTML-сайтам с компьютера (или ноутбука) через сеть GSM посредством сотового терминала был реализован практически с самых первых шагов построения сетей стандарта GSM. GSM-терминал в связке телефон-компьютер играет, по сути дела, роль беспроводного модема (у самых первых моделей телефонов иногда не было встроенного модема, однако некоторые из них имели возможность соединения с компьютером посредством модема, выполненного в виде РС карты или, по-другому, РСMСIA-карты). Если терминал содержит встроенный модем, он может быть подключен к компьютеру посредством соединительного шнура, инфракрасного порта (IrDA) или через радиоканал по стандарту Bluetooth. Кроме того, сам терминал стандарта GSM может быть выполнен в виде так называемой карты мобильного соединения (в форм-факторе РС Card). Такой терминал предназначен для непосредственного подключения к соответствующему разъему ноутбука, он может быть использован не только для выхода в Internеt, но и для передачи речи посредством подключенной к нему гарнитуры. GSM-терминал может быть выполнен также в виде USB, PCMCIA или Express Card-модема. После подключения к компьютеру аппаратуры доступа к Internеt через GSM-сеть дальнейшая работа в Internеt практически не отличается от других способов доступа.

Гораздо больший интерес представляет получение доступа к Internеt непосредственно с сотового терминала. Еще несколько лет назад возможности телефонов GSM (малые вычислительные мощности процессоров, небольшой и по большей части монохромный дисплей, ограниченные объемы памяти) не позволяли им выходить в неадаптированный Internеt. В связи с этим в 1998 году был разработан специальный протокол – WAР, Wireless Application Protocol – протокол

81

беспроводного доступа к ресурсам Internеt непосредственно с мобильных терминалов.

WAР был задуман, как открытый стандарт, не зависящий от поставщиков устройств и услуг и адаптированный под основные характеристики мобильных телефонов. Ключевыми элементами технологии являются WAР-браузер (программа для просмотра адаптированных Internеt-страниц, расположенная в мобильном терминале), WAР-шлюз и сервер WAР-содержания (WAР-контента). WAР-шлюз располагается у точки доступа клиента WAР к Web (то есть к обычной сети Internet). WAР-шлюз снимает с процессора мобильного терминала большую часть вычислительной нагрузки: он преобразует DNS-имена и осуществляет трансляцию протокола TCP в протокол WTP (Wireless Transaction Protocol), который оптимизирован для беспроводной передачи благодаря сокращению служебной части пакетов [35] (прямой доступ). Некоторые Web-сайты могут иметь свои копии на специальном WAР-сервере, в таком случае к ним возможен прямой доступ без участия WAР-шлюза.

Первая версия WAР v.1.0 была выпущена в 1998 году и содержала много ошибок. Ей на смену примерно через год пришла версия v.1.1, дальнейшим развитием которой явилась версия v.1.2. Версии WAР v.1.0, v.1.1 и v.1.2 поддерживали язык WML (Wireless Markup Language) различных редакций. В настоящее время актуальна принципиально новая версия v.2.0, которая поддерживает язык ХHTML, отображение цвета и анимации, Bluetooth, ММS и еще ряд других функций. Начиная с версии v.1.1 WAР-протоколами поддерживается технология WTA (Wireless Telephony Applications), которая позволяет операторам организовать непрерывность WAР-сессии для абонента (например, при поступлении входящего вызова можно принять его, а после завершения возвратиться к работе с WAР). Версии WAР-протоколов обратно-совместимы (исключая самую первую v.1.0) [35].

И все-таки WAР существенно отличается от Web, даже в самой последней версии v.2.0. Кроме того, не все Web-сайты имеют своих WAР-двойников, что еще больше ограничивает сферу применения WAР-доступа. С другой стороны, современные терминалы стандарта GSM обладают достаточно мощным процессором для того, чтобы получать доступ на адаптированные Web-сайты. Эта возможность достигается при помощи связки из клиентского (т. е. устанавливаемого на сотовом телефоне) браузера в виде Java-приложения и специального сервера, адаптирующего сайты. Примером подобного решения может служить широко распространенное Java-приложение Opera Mini. Смартфоны и коммуникаторы обладают еще большими возможностями, они могут при помощи встроенных или дополнительно устанавливаемых браузеров самостоятельно выходить в неадаптированный Internеt (Web).

82

Терминалы GSM для доступа в Internеt (как в Web, так и в WAР-сегменты) могут использовать несколько технологий. Самой первой, не требующей никакого дополнительного оборудования в передающей части базовых станций и специальных модулей в составе терминалов, была технология доступа в Internеt через обычный голосовой канал. Такой режим называется режимом коммутации каналов (CSD, Circuit Switched Data) и обеспечивает максимальную скорость передачи данных от 2,4 кбит/с до 9,6 кбит/с (максимальная теоретически возможная скорость в режиме CSD составляет 21,4 кбит/с). Кроме очень малой скорости передачи режим CSD предполагает занятие разговорного канала на все время сеанса связи, поэтому он является еще и самым дорогим (обычно тарифицируется время сеанса независимо от переданного или полученного трафика). В последнее время режим коммутации каналов для передачи данных почти не используется, хотя такая возможность остается в новых терминалах и продолжает поддерживаться действующими сетями. Передача данных в режиме CSD характерна для GSM-сетей поколения 2G.

Следующим шагом развития систем передачи данных в сетях GSM стала технология GPRS (General Packet Radio Service). GPRS – технология, использующая принцип коммутации пакетов. GPRS-протокол предполагает использование GMSK-модуляции (Gaussian Minimum-Shift Keying). Вся передаваемая информация разбивается на пакеты на передающем конце и после передачи вновь собирается на приемном конце (по похожему принципу – протокол TCP/IP – функционируют большинство локальных компьютерных сетей и глобальная сеть Internеt). Существенным отличием GPRS от технологии коммутации каналов является возможность одновременного использования нескольких логических (временных) каналов (тайм-слотов) для передачи данных.

Емкость суммарного GPRS-канала предоставляется по требованию, в зависимости от ситуации базовая станция выделяет мобильному терминалу произвольное количество временных каналов от 0 до 8. Технология допускает асимметричное выделение ресурсов в восходящем и нисходящем каналах, так как большинство сервисов предполагает малую нагрузку в восходящем (от терминала к базовой станции) канале – запрос, и значительно большую в нисходящем (от базовой станции к терминалу) канале – ответ на запрос, предоставление контента по запросу. Кроме того, технология GPRS допускает закрепление за голосовым соединением параметра best effort – все возможное, т. е. закрепление за ним безусловного приоритета. В этом случае при исчерпании канальной емкости соты передача данных сильно замедляется или даже прекращается на некоторое время. После разгрузки соты передача данных возобновляется.

Максимальное теоретически возможное значение скорости передачи по технологии GPRS составляет 171,2 кб/с. Эта скорость соответствует передаче с использованием всех 8 возможных временных каналов

83

(таймслотов) в TDMA-кадре при кодировании по схеме СS-4 (скорость передачи 21,4 кб/с [37], источник [3] приводит цифру 22,8 кб/с). Однако с одной стороны маловероятно, что под передачу данных будут отведены все 8 таймслотов кадра (учитывая еще и то, что один из них - управляющий), с другой стороны при ухудшении условий прохождения радиосигнала автоматически изменяется в сторону уменьшения скорости передачи схема кодирования данных (СS-4 21,4 кб/с, СS-3 15,6 кб/с, СS-2 13,4 кб/с, СS-1 9,05 кб/с). Кроме того, работа по схемам кодирования СS-4/СS-3 требует модернизации аппаратной части и программного обеспечения (ПО) базовых станций, а для работы по схемам кодирования СS-2/СS-1 достаточно модернизировать только ПО. На практике это означает, что схемы кодирования СS-4/СS-3 будут использоваться в лучшем случае только в пределах больших городов или не будут использоваться вообще. Если принять за максимально возможную схему кодирования СS-2 (13,4 кб/с), максимальная теоретически возможная скорость передачи данных падает до 107,2 кб/с. В реальных же условиях, когда сеть сможет выделить для передачи данных в зависимости от интенсивности голосового трафика и ресурсов базовой станции 1-2 таймслота в моменты пиковой нагрузки и 2-4 таймслота в остальное время, практически достижимой максимальной скоростью может считаться скорость не выше 52 кб/с [37] (иногда называют цифру около 56 кб/с, что сравнимо со скоростью работы модема на проводной телефонной линии через коммутируемое соединение).

С точки зрения оплаты для абонента технология GPRS также имеет неоспоримые преимущества перед CSD. В данном случае оплата производится не за время сеанса, а за фактически переданный или принятый трафик, ведь в моменты, когда передача или прием не ведется, не занят ни один из таймслотов, хотя логическая связь между сетью и мобильным терминалом сохраняется.

Другая сторона технологии GPRS – технические ресурсы мобильных терминалов. GPRS должна поддерживаться терминалом не только программно, но и аппаратно – за обработку передачи данных по этой технологии отвечает специальный модуль. В соответствии со спецификацией GPRS все мобильные терминалы делят на три класса: А, В и С. Класс А поддерживает одновременную передачу речи и данных. Класс С обеспечивает передачу либо речи, либо данных с безусловным приоритетом передачи речи, выбор режима GPRS/речь осуществляется автоматически. Если в момент передачи данных в режиме GPRS мобильная станция принимает входящий вызов, передача данных прерывается и обрабатывается этот вызов. По завершении голосового соединения передача данных возобновляется, так как сохраняется логическая связь между терминалом и сетью [37]. Класс С подразумевает обработку только одного типа соединения, выбор режима GPRS/речь выполняется вручную. Подавляющее большинство мобильных телефонов стандарта GSM с функцией GPRS

84

относится к классу В. К классу А могут быть отнесены только карты мобильного соединения некоторых производителей, терминалы класса С – это чаще всего специализированные GSM-модули.

Еще одним параметром мобильных GPRS-терминалов также является их принадлежность к одному из 29 классов, показывающих максимальное количество таймслотов, которое может быть одновременно задействовано в восходящем и нисходящем каналах (этот параметр также именуется классом мобильного терминала, т. е. фактически присутствует два деления терминалов на классы по двум различным параметрам). В технических характеристиках мобильных терминалов производители указывают либо один из 29 классов, либо конкретные значения таймслотов, например 4/1, 3/2 и т. д., где первая цифра означает количество восходящих, а вторая – нисходящих каналов. В классах с 15 по 29 суммарное количество слотов в восходящем и нисходящем каналах превышает 8. Поскольку TDMA-кадр содержит только 8 таймслотов (включая и один управляющий), в каждый конкретный момент времени могут быть задействованы не более 8 слотов. Конкретное распределение тайм-слотов в этом случае выбирает оператор, программируя базовую станцию [37]. Мобильные телефоны обычно принадлежат к 10-му (максимум – к 12-му) классу, GPRS-доступом более высокого класса обычно обладают либо карты мобильного соединения, либо специализированные GSM-модули.

Передача в режиме GPRS характерна для GSM-сетей поколения 2,5G (собственно, наличие GPRS и отличает 2,5G от 2G). GPRS, помимо предоставления доступа к Web и WAР, лежит в основе сервиса ММS и еще целого ряда дополнительных сервисов, начиная от загрузки Java-приложений, картинок и рингтонов (музыкальных фрагментов, устанавливаемых в качестве звонка) и заканчивая загрузкой видеофрагментов. С другой стороны, в силу того, что скорость загрузки данных через GPRS может изменяться в зависимости от загрузки соты и даже приостанавливаться на некоторое время, данная технология практически непригодна для предоставления сервисов реального времени, таких, как видеотелефония. Также малопригодна она и для загрузки потокового видео в реальном времени, хотя попытки предоставления такого рода сервисов и были реализованы в некоторых сетях, качество их было весьма далеко от совершенства.

Заканчивая рассказ о технологии GPRS, приводим таблицу классов GPRS по количеству используемых тайм-слотов, взятую практически без изменений из источника [37].

85

86

Следующим шагом к сетям третьего поколения после GPRS в рамках эволюционного развития сетей стандарта GSM стало введение технологии EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution – дословно „повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции“). Технология была впервые презентована Европейским институтом стандартизации электросвязи еще в 1997 году и включена в перечень пяти стандартов IМT-2000 для сетей третьего поколения 3G, хотя по современным меркам она несколько не дотягивает до 3G. Правильнее было бы говорить о чем-то промежуточном между GSM-сетями поколения 2,5G (GPRS) и 3G-сетями (UMTS), иными словами, о сети поколения 2,75G. Технология EDGE по максимуму использует все ресурсы сетей GSM, дальнейшее увеличение скорости передачи данных возможно только при переходе к сетям поколения 3G. Практическое воплощение технология получила в 2003 году в США, в дальнейшем она была развернута и в Европе. В Украине технология развернута в 2005 году.

EDGE – это фактически дальнейшее совершенствование технологии коммутации пакетов GPRS (второе название технологии EGPRS – Enhanced GPRS). Используются те же частотные каналы, несущие шириной 200 kHz и зачастую практически то же оборудование (при переходе от GPRS к EDGE аппаратно модернизировать – устанавливать трансиверы, поддерживающие 8PSK-модуляцию – приходится только самые старые базовые станции, для остальных достаточно лишь установить необходимое ПО). Главное отличие EDGE от GPRS состоит в том, что в дополнение к GMSK-модуляции (Gaussian Minimum-Shift Keying), используемой в GPRS-протоколе, EDGE-протокол предполагает еще и кодирование 8PSK (8 Phase Shift Keying). Это кодирование обеспечивает передачу в одном символе трех битов информации вместо одного. Таким образом, в одном таймслоте может быть передано в три раза больше информации (59,2 кбит/с против максимум 21,4 кб/с в GPRS). При такой скорости передачи в одном таймслоте максимальная теоретически возможная скорость передачи в нисходящем канале при использовании всех восьми таймслотов составит 473,6 кбит/с. Однако в стандарте, утвержденном для EDGE ITU (International Telecommunication Union, Международный союз электросвязи, МСЭ), определена максимальная скорость 384 кбит/с [38]. На практике максимально достижимая скорость при передаче данных по EDGE-протоколу составляет 236 кбит/с (другие источники приводят значение 150 кбит/с) в нисходящем и порядка 35 кбит/с в восходящем каналах [38].

Так же, как и GPRS, EDGE поддерживает адаптивные алгоритмы подстройки вида модуляции и кодовой схемы в зависимости от состояния радиоканала (т. е. при ухудшении условий передачи протокол автоматически снижает скорость передачи). В данном протоколе предусмотрено девять схем кодирования или кодовых схем от MCS1 – 8,8 кбит/с до MCS9 – 59,2 кбит/с (в GPRS было 4 такие схемы, от CS1 – 9,05 кбит/с до CS4 – 21,4

87

кбит/с) [38]. Скорость в EDGE падает и при увеличении нагрузки на соту, в целом изменение скорости передачи данных в EDGE происходит аналогично GPRS.

Помимо вышесказанного технология EDGE предусматривает применение в процессе кодирования алгоритма инкрементальной избыточности (при кодировании генерируются и передаются избыточные биты, что увеличивает вероятность правильного декодирования искаженной информации). Такой подход в отличие от GPRS-протокола, который предполагает повторную отсылку информации при ее искажении в канале передачи, не просто увеличивает скорость самой передачи, а действительно вплотную приближает EDGE к сетям третьего поколения, позволяя (хотя и не с самым лучшим качеством) реализовывать сервисы реального времени на основе передачи потоковой видеоинформации. С другой стороны, настоящая видеотелефония протоколу EDGE фактически остается недоступной, так как пиковые перегрузки соты и непрогнозируемые ухудшения условий передачи в радиоканале резко снижают скорость передачи данных по этой технологии вплоть до полной временной приостановки, что сделает данный сервис крайне нестабильным. Именно поэтому применительно к EDGE мы можем говорить только о поколении 2,75G, но никак не о 3G, которое предполагает предоставление полнофункциональной видеотелефонии и возможность организации видеоконференций.

С точки зрения оплаты технология EDGE для абонента сети GSM ничем (кроме скорости передачи данных) не отличается от GPRS. Оплата производится только за фактически переданный – принятый трафик, по той же стоимости, что и в случае использования технологии GPRS. Такой подход дал возможность операторам первоначально развернуть EDGE-покрытие в больших городах, дополняя его в малонаселенной местности GPRS-покрытием и постепенно по мере надобности расширяя его. Мобильная станция с функцией EDGE автоматически переходит от одного протокола к другому и обратно, при этом для работы по протоколу EDGE не требуется никаких дополнительных настроек. Все это обеспечивает плавный эволюционный переход GSM-сетей к поколению 2,75G, которое очень близко к 3G. С маркетинговой точки зрения это еще и ненавязчивая подготовка абонента к массовому развертыванию в недалеком будущем сетей поколения 3G на основе технологии UMTS.

Мобильные терминалы с поддержкой протокола EDGE делят на два класса: Class 1 и Class 2. Терминалы Class 1 отличаются асимметричным трафиком в восходящем и нисходящем каналах: прием в нисходящем канале ведется с использованием модуляции 8PSK, а передача в восходящем канале – с использованием модуляции GMSK (т. е. фактически по протоколу GPRS). Отсюда и огромная разница в реально достижимых скоростях в

88

восходящем и нисходящем каналах. Терминалы Class 2 используют модуляцию 8PSK как при приеме, так и при передаче данных [39].

Говоря о передаче данных в сетях стандарта GSM, нельзя не упомянуть о еще одной технологии, никогда не применявшейся в сетях украинских операторов. Это технология передачи данных HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), фактически являющаяся расширением или модификацией сетей GSM. Она позволяет увеличить скорость передачи данных с 9,6 кбит/с до теоретических 57,6 кбит/с кратными величинами путем конкатенации, т. е. сложения или объединения до четырех последовательных временных слотов (таймслотов), каждый из которых поддерживает скорость передачи до 14,4 кбит/с в режиме HSCSD. При этом все объединенные таймслоты, т. е. фактически голосовые каналы, остаются занятыми на все время сеанса передачи данных подобно технологии CSD. Таким образом, по аналогии с GPRS и EDGE, которые являются технологиями коммутации пакетов, HSCSD можно назвать технологией коммутации каналов. Данный стандарт передачи данных поддерживает большое количество терминалов, однако в сетях GSM украинских операторов он не нашел применения из-за нерационального использования сетевых ресурсов и слишком высокой стоимости для абонента, которому пришлось бы повременно оплачивать несколько занятых им каналов. Учитывая то, насколько малой популярностью пользовалась технология CSD, отечественные операторы сразу перешли к построению GPRS-сетей. Для развертывания HSCSD аппаратной модернизации базовых станций не требуется, фактически все сводится только к модернизации ПО. Некоторые источники дают совсем малый прирост скорости при использовании HSCSD в сравнении с CSD (9,6 кбит/с для CSD, как и 57,6 кбит/с для HSCSD являются максимумом, на практике средняя скорость передачи по протоколу HSCSD лишь не намного превысит скорость передачи по протоколу CSD). Большинство источников относят технологию HSCSD к поколению 2G [40 и др.]. Иногда можно встретить определение „GSM фазы 2+“ (Phase 2+) [93]. Даже до поколения 2,5G подобные скорости не дотягивают. На практике HSCSD больше подходит для приложений реального времени, а GPRS – для приложений „импульсного типа“ (электронной почты и т. д.).

В конечном итоге передача данных независимо от используемой технологии лежит в основе подавляющего большинства дополнительных услуг, предоставляемых абоненту сетями стандарта GSM. Из всех дополнительных услуг, которые предоставляются в сетях GSM по каналам передачи данных, наиболее интересной с технической точки зрения является услуга PTT (Push To Talk) или PoC (Push-to-talk over Cellular), в дословном переводе „нажми и говори“. Этот сервис позволяет использовать мобильный телефон стандарта GSM, оснащенный функцией PTT, подобно радиостанции малого радиуса действия „walkie-talkie“ („уоки-токи“) в симплексном² режиме. Но в нашем случае передача осуществляется в цифровом режиме

89

посредством GPRS через сеть GSM. Таким образом, радиус действия услуги распространяется как на всю домашнюю сеть GSM, так и на те гостевые сети, в которых предоставляется GPRS-роуминг. С другой стороны, при выходе из строя соты, обслуживающей данную мобильную станцию и отсутствии связи с другими базовыми станциями всякая связь, в том числе и через услугу PTT, становится для этой мобильной станции невозможной. Таким образом, у передачи речи через PTT на первый взгляд нет никаких преимуществ перед обычным телефонным разговором (симплексную связь по удобству не сравнить с дуплексной³ телефонной, кроме того ответ собеседника при работе посредством PTT может задерживаться до 3 с). Но особенности тарификации GPRS трафика в домашней сети (иногда установка фиксированной платы на услуги РТТ без учета длительности переговоров), возможность существенно снизить расходы в роуминге (GPRS-трафик, передаваемый за минуту разговора через PTT в несколько раз дешевле минуты телефонного разговора) и возможность связываться одновременно с целой группой абонентов, координировать действия групп и т. д. обеспечили услуге PTT достаточно широкую популярность. А интересна данная услуга с технической точки зрения тем, что ее введение позволяет судить о уровне реализации GPRS в конкретной сети GSM. Для работы PTT сеть должна иметь развитое GPRS-покрытие, которое в свою очередь должно обеспечивать стабильную скорость передачи данных в любое время суток на скоростях, близких к максимально достижимым на практике.

Сервисы коротких сообщений. Все сервисы коротких сообщений фактически являются сервисом электронной почты, адаптированным для использования на мобильных цифровых устройствах и требуют внесения минимума настроек (т. е. по сути, сделаны максимально доступными для неквалифицированного пользователя).

SMS (Short Message Service, служба коротких сообщений) была реализована в самых первых сетях GSM, передачу SMS не поддерживают только несколько самых старых терминалов. Поскольку сеть GSM – это беспроводной вариант цифровой сети ISDN, которая изначально приспособлена для передачи коротких сообщений, служба SMS создавалась как часть стандарта GSM Phase 1. Но в сети GSM организовать эту службу технически сложнее, чем в ISDN, поскольку терминал абонента не просто мобилен в пределах сети, он может быть еще и недоступен какое-то время (отключен или находится вне сети).

Принцип организации службы SMS в сетях GSM построен на том, что сообщения переправляются в единый центр обработки сообщений SMSC (Short Message Service Centre, сервисный центр передачи коротких сообщений). Центр доставляет сообщения мобильной станции, как только это представится возможным, т. е. мобильная станция окажется включенной и в пределах действия сети. Если мобильный терминал недоступен, SMS

90

хранится в SMSC определенное время, после чего недоставленные сообщения удаляются [3]. Для доставки SMS обычно используется управляющий канал GSM-сети поколения 2G, хотя в сетях 2,5G для этого может быть задействован и протокол GPRS. Обычно доставка SMS занимает несколько секунд, но при пиковых перегрузках, например, перед праздниками, управляющий канал перегружается сообщениями и их доставка может растянуться на несколько часов.

SMS – очень популярный сервис, среди причин его популярности можно назвать экономию средств абонентами, возможность точно передать буквенно-цифровую информацию, возможность передать или принять информацию там, где невозможно совершить обычный звонок и еще целый ряд причин, в том числе и психологического характера. Помимо обычного применения SMS имеет еще массу возможностей, например, использование оператором для информирования абонента, организация рассылок информации, организация пейджинга, рассылка сетевой информации или сервис широкого вещания (Cell broadcast), организация SMS-чатов для одновременного общения нескольких абонентов. SMS так или иначе используется операторами для предоставления почти всех сервисов, представленных в GSM-сетях, кроме того он позволяет отправлять и принимать (с некоторыми оговорками) сообщения электронной почты.

Надо сказать, что SMS – вообще любимое детище всех операторов: при предельной простоте реализации и поддержке практически всеми мобильными терминалами он продолжает приносить самую большую прибыль, перекрываемую только прибылью от передачи речи. Учитывая то, что в классическом варианте для доставки SMS используется управляющий канал, напрямую не приносящий прибыли, привлекательность сервиса для оператора еще больше возрастает.

SMS-сообщение имеет максимальную длину до 160 латинских или до 70 кириллических символов (в последнем случае применяется двухбайтовая кодировка символов). Внутри SMS-сообщение имеет следующую структуру: 1 байт – заголовок, 7 байт – временная отметка SMS-центра, до 12 байт – адрес источника сообщения, 1 байт – идентификатор протокола, 1 байт – схема кодирования данных, 1 байт – длина пользовательской области данных, до 140 байт – собственно сообщение; суммарный размер – до 163 байт [41]. Современные мобильные терминалы снабжены функцией объединения нескольких SMS-сообщений. Суммарная длина такого сообщения может достигать 700-800 латинских символов, а абонент оплачивает его, как несколько сообщений обычной длины.

Существует также технология передачи SMS, которые сразу выводятся на экран мобильного телефона и не сохраняются в его памяти. Иногда такие SMS называют Flash-SMS. Чаще всего эти SMS используют операторы для ответов на запросы абонентов, осуществленные через сетевые коды или услугу USSD.

91

Сетевые коды или команды (GSM-команды, Network Hash Code) позволяют с мобильного терминала активизировать, отключить или проверить состояние целого ряда сетевых услуг (переадресация, автоответчик, блокировка звонков, определитель и антиопределитель номера, изменение кодов безопасности и тому подобные) путем набора соответствующих GSM-команд, обычно начинающихся со знаков * или # и заканчивающихся знаком #. GSM-команды стандартны и работают во всех сетях, но не каждая сеть может предоставлять весь спектр услуг, описанных в стандарте GSM. Помимо сетевых кодов все другие сочетания набираемых знаков рассматриваются мобильным терминалом как код нестандартной дополнительной услуги USSD (Unstructured Supplementary Service Data – неструктурированные данные дополнительных услуг). Такой код передается в прозрачном режиме оператору (в том числе и в роуминге), и ответ на такой запрос, как правило, приходит тоже в виде Flash-SMS. Услуга USSD широко используется операторами для проверки состояния счета абонентом, пополнения счета и еще в ряде случаев. Эти возможности сетей GSM упомянуты при рассмотрении услуги SMS, так как они используют ту же инфраструктуру и технологию доставки, что и классическая служба SMS.

Расширением технологии SMS является служба Smart Messaging, продвигаемая компанией Nokia. Она позволяет загрузить на аппарат Nokia из Internеt логотипы и рингтоны через службу SMS, а также вести обмен логотипами, рингтонами, записями из телефонной книги и тому подобной информацией между совместимыми аппаратами Nokia.

EMS (Enhanced Message Service, Сервис расширенных сообщений) – в какой-то мере ответ других производителей на Smart Messaging компании Nokia. Компания Ericsson предложила свой стандарт расширенных сообщений EMS и ее приняли на вооружение большинство ведущих производителей терминалов. EMS-сообщение может включать в себя не только текст, но и звуки, мелодии, черно-белые и цветные картинки с max размером 255×255 пикселей и даже анимации (правда, в этом случае передается не сама анимация, а только стандартная ссылка на нее, принимающий аппарат по ссылке воспроизводит анимацию, записанную в своей памяти), позволяет форматировать сам текст (менять стили и шрифты), а также использовать приложения vCard и vCalendar, позволяющие передавать электронные визитные карточки и данные календаря или записной книжки. В целом технология EMS получилась более универсальной по сравнению со Smart Messaging и получила большее распространение.

Для обмена EMS, как и для обмена Smart Messaging, используется та же инфраструктура сетей GSM поколения 2G и выше, что и для SMS-сервиса (все медиа-элементы фактически переводятся в текстовый вид, передаются по SMS-каналам, а принимающий аппарат вновь восстанавливает их). При этом отсылаемое EMS-сообщение разбивается на несколько стандартных по

92

количеству символов SMS, каждое из которых оплачивается абонентом. К середине 2009 года Smart Messaging и EMS фактически являются устаревшими сервисами, невостребованными по причине того, что терминалов, которые их поддерживали, почти не осталось в эксплуатации.

MMS (Multimedia Messaging Service, сервис мультимедийных сообщений) – качественно новая технология по сравнению с SMS и EMS, которая схожа с ними только названием и идеологией. Посредством MMS может передаваться не только форматированный текст, но и графика (форматов GIF и JPEG), аудиофайлы (форматов MP3 и MIDI), а также видеоклипы (формата MPEG4). Объем передаваемой информации в MMS на порядок выше даже EMS, поэтому реализация MMS обычно становится возможна только с развертыванием сетей GSM поколения 2,5G и выше. Для работы MMS-сервиса могут быть использованы технологии передачи данных HSCSD (хотя и относящаяся к поколению 2G), GPRS и EDGE. Реализация MMS в принципе технически возможна и в сетях поколения 2G, которые имеют инфраструктуру для передачи данных в режиме CSD, однако доставка MMS-сообщения получается медленной и обходится абоненту в значительную сумму (оплачивается время, в течение которого оно передается). Кроме того, оператору для реализации MMS необходимо установить MMS-центр и ряд другого специального оборудования, в частности WAР-шлюз. Абоненту в свою очередь необходимо приобрести терминал с поддержкой функции MMS, после чего внести настройки для работы с данной сетью (подобно тому, как настраивается WAР или Web).

Максимальный размер MMS-сообщения в различных сетях обычно колеблется от 100 до 300 кбайт. Если MMS адресовано на номер, который обслуживается несовместимым с сервисом мобильным терминалом, MMS-центр определяет это и посредством обычного SMS извещает абонента, что ему адресовано MMS. Это SMS содержит также WAР-ссылку с адресом, по которому при помощи WAР-браузера можно просмотреть данное сообщение. Такая WAР-страница доступна и с обычного компьютера, имеющего выход в Internеt.

Достаточно высокая сложность настройки и использования, необходимость покупки относительно дорогого терминала, а также более высокая стоимость MMS по сравнению с SMS привели к тому, что сервис MMS не стал таким же популярным среди абонентов, каким был и до сих пор остается SMS. Аналитики прогнозируют, что должную популярность MMS приобретет только в сетях поколения 3G [41], по крайней мере, в этих сетях все терминалы будут поддерживать данную услугу.

E-mail или электронная почта. Реализована в сетях GSM несколькими способами. Поскольку SMS по своей сути является адаптированным сервисом электронной почты, оператору достаточно установить в сети шлюз E-mail-SMS и доступ к электронной почте (хотя и в урезанном виде) будет обеспечен с любого GSM-терминала в сетях, начиная с поколения 2G,

93

причем для этого даже не нужна никакая инфраструктура передачи данных. Каждому абоненту помимо телефонного номера присваивается адрес электронной почты, состоящий из этого номера и доменного адреса оператора. У абонента появляется возможность как отправлять SMS на любой адрес электронной почты, так и получать на свой адрес обычные электронные письма (правда, не длиннее SMS). С введением в сети сервиса MMS чаще всего появляется возможность отправки MMS на адрес E-mail. Некоторые операторы могут не предоставлять сервис передачи SMS на E-mail в своих сетях.

Если SMS-сервис сети GSM имеет выход на E-mail, эта сеть позволяет отправлять сообщения в виде SMS на ICQ и ей подобные службы сообщений.

Другим способом двухстороннего доступа к E-mail с мобильного телефона является наличие в самом телефоне E-mail-клиента (специальной программы, которая позволяет по каналам передачи данных выходить в Internеt и просматривать электронную почту на экране мобильного телефона). Возможности таких клиентов существенно различаются по функциональности и удобству использования в разных моделях мобильных телефонов, наиболее функциональными клиентами обычно снабжены смартфоны. Если возможности встроенного E-mail-клиента абонента не устраивают, всегда можно воспользоваться альтернативным клиентом, установив его в телефон в виде Java-программы. Точно так же можно дооснастить телефон ICQ-клиентом.

Многие почтовые серверы (например, mail.ru или rambler.ru) имеют свои WAР-версии и позволяют просматривать и отправлять почту с мобильного терминала на соответствующих WAР-сайтах.

Java. В целом Java – объектный язык программирования, пришедший на смену языку Ada. Он был создан в начале 90-х годов 20 века в Пентагоне для военных нужд, в дальнейшем нашел применение в гражданской сфере. Программа, написанная на Java, компилируется в специальный байт-код, который выполняется на виртуальной Java-машине (JVM, Java Virtual Machine). Виртуальная Java-машина – это программа, имеющая множество аппаратных реализаций, иными словами, она может быть установлена на компьютерах различных архитектур, работающих под управлением разных операционных систем. Один раз написанная и преобразованная в байт-код Java-программа может успешно выполняться на любой Java-машине [42]. Фактически Java-машина в режиме реального времени перекодирует Java-программу в вид, понятный конкретной операционной системе.

Технология Java получила сегодня самое широкое применение: это создание „умных“ Web-страниц (технология applet), разработка банковских систем, встроенных систем и систем реального времени для управления любыми бытовыми приборами от стиральной машины до наручных часов. В начале 2001 года появилась вторая версия Java, которую можно

94

рассматривать как полноценную платформу, то есть совокупность машины и операционной системы [42]. Cегодня существуют три реализации платформы Java 2: Standard Edition (для обычных приложений и систем), Enterprise Edition (для приложений масштаба предприятия и больших клиент-серверных систем) и Micro Edition (для небольших мобильных устройств формата PDA – наладонных компьютеров, мобильных телефонов, органайзеров и смарт-карт с интеллектуальным чипом). Применительно к мобильным телефонам под термином „Java“ обычно подразумевают платформу и технологию Java 2 Micro Edition (J2ME) [42].

Сотовый терминал, поддерживающий Java, может исполнять программы, написанные на языке Java для платформы J2ME [42]. Эти программы или Java-приложения называются „мидлетами“ (midlets или MID – от Mobile Information Device Application). Java-телефоны первых выпусков поддерживали J2ME MIDP 1.0, сегодня актуальна версия J2ME MIDP 2.0, отличающаяся расширенными коммуникационными возможностями и лучшей обработкой графики, в частности, поддержкой 3D-графики. Версии Java-машины обладают свойством обратной совместимости (иными словами, Java-приложения, написанные для версии J2ME MIDP 1.0 теоретически должны запускаться на Java-машинах версии J2ME MIDP 2.0, но не наоборот) [43].

Сам Java-мидлет состоит из двух частей. JAR-файл (архив Java) содержит исполняемое приложение в виде нескольких отдельных заархивированных файлов. При активации JAR-файла, собственно, и запускается приложение. JAD-файл (дескриптор Java) содержит информацию о JAR-файле и адрес (URL) для его загрузки из Internеt или WAР. При активации JAD-файла терминал устанавливает соединение с Internеt и загружает исполняемое приложение (JAR-файл). Такая структура Java-мидлета – прямое наследие военного происхождения технологии. Приложения, которые не нужны в данный момент, но с высокой вероятностью могут понадобиться в будущем, можно не загружать в военный (иногда встречается термин „тактический“) смартфон, коммуникатор или ноутбук, а загрузить в него только их JAD-файлы (дескрипторы), занимающие очень малый объем памяти. Дескриптор Java позволяет загружать нужные приложения автоматически при активизации JAD-файла (в боевых условиях чаще всего по каналам спутниковой связи). Загружаемыми приложениями могут быть, например, карты прилегающей к зоне боевых действий местности, на которую подразделение может выйти в ходе боевых действий и т. д. При гражданском использовании технологии наличие дескриптора Java в составе Java-мидлета позволяет либо автоматически получать дополнительную информацию о приложении (например, догружать новые уровни игры), либо загружать в устройство новые версии JAR-файлов.

95

Хотя теоретически любое Java-приложение должно работать на любой Java-машине соответствующей версии, на практике дисплеи и другие характеристики конкретных мобильных терминалов значительно различаются, что требует адаптации Java-приложения под конкретный терминал. Без адаптации оно либо вообще не будет работать на конкретной реализации Java-машины, либо будет работать некорректно. Загрузка Java-приложений в мобильный телефон может осуществляться как с компьютера, так и через WAР (а также через Web при наличии в телефоне Web-браузера).

Поддержка телефоном Java-приложений позволяет устанавливать на него практически неограниченный спектр приложений. По большей части это игры, в последнее время индустрия создания и продажи игр стала серьезным бизнесом, а сама J2ME считается на сегодня самой распространенной игровой платформой. Из серьезных приложений необходимо упомянуть в первую очередь калькуляторы, альтернативные E-mail-клиенты, ICQ-клиенты, Web-браузеры и еще множество программ, вплоть до сложных клиентов для бизнес-систем управления предприятиями (хотя последние удобнее реализовывать на смартфонах с открытыми операционными системами). Классическая бизнес-система состоит из Web-сервера и сервера приложений, на котором работает слой бизнес-логики. Web-сервер обеспечивает работу WWW-интерфейса и организует связь с управленческими или клиентскими приложениями. Часть этих приложений устанавливается на компьютеры, а часть может представлять собой Java-мидлеты и устанавливаться на мобильные терминалы, подключаемые к сети посредством WAР. Таким образом, у руководителей и работников компаний появляется возможность получать на мобильный терминал оперативную информацию в любой точке покрытия сети GSM и даже в некоторых случаях управлять ходом ведения бизнеса. Для компаний, занимающихся доставкой продуктов питания и другого мелкого товара, к услугам которых потребитель обращается регулярно, может быть разработано клиентское Java-приложение для потребителя. Один раз установленное в телефон, такое приложение позволяет очень быстро сделать заказ. В целом подобные системы ведения бизнеса с привлечением мобильной связи могут быть сколь угодно разнообразны и, помимо удобства, являются дополнительным фактором удержания клиентов [42].

К моменту окончания написания раздела (к лету 2007 года) платформа J2ME уже считается устаревшей. Компания Sun Microsystems (создатель J2ME) недавно представила новую версию платформы Java, основанную на операционной системе Linux – Java FX Mobile. Новая версия базируется на стандартных интерфейсах Java и оптимизирована под работу с Internеt. Так же, как и J2ME, Java FX Mobile предназначена для использования в мобильных телефонах и других подобных устройствах.

Помимо платформы J2ME существуют и другие, менее распространенные платформы, в основном позиционируемые в качестве

96

игровых. Платформа Execution Engine (ExEn, более известная под торговым логотипом In-Fusio) поддерживается телефонами компаний Alcatel, Panasonic, Philips, BIRD, Sagem, Trium (Mitsubishi) и некоторыми другими. Ряд телефонов поддерживает J2ME и ExEn параллельно. Еще одна программно-игровая платформа Mophun поддерживается телефонами производства Sony-Ericsson. Главное достоинство Mophun – производительность, которая примерно в 150 раз быстрее J2ME, а основной недостаток всех альтернативных J2ME-платформ – в их меньшей распространенности и меньшем количестве написанных под них программ [43].

Обмен данными. Поскольку любой мобильный терминал – это программно-аппаратный комплекс, по сути, специализированный компьютер с закрытой операционной системой, возникает вопрос взаимодействия терминала с персональным компьютером и другими терминалами для обмена данными. В настоящее время такое взаимодействие может быть осуществлено тремя способами (имеются в виду способы взаимодействия без посредства GSM-сети).

Способ первый: кабель. В литературе иногда можно встретить термины Datalink, Datalink-кабель или Data-кабель, что в принципе обозначает одно и то же – кабель для передачи данных. Data-кабель предназначен для подключения мобильного терминала к персональному компьютеру. С одной стороны он заканчивается вилкой системного разъема телефона, с другой – вилкой стандартного компьютерного разъема (на сегодня чаще всего вилкой USB-порта, реже COM-порта RS-232, хотя могут быть и другие варианты). Кроме того, кабель для передачи данных обычно содержит микросхему для согласования напряжений сигналов компьютера и мобильного терминала. На персональный компьютер для работы с мобильным терминалом как правило должна быть установлена специальная программа (драйвер мобильного телефона) [41, 44].

Data-кабель позволяет выходить в Internеt с компьютера (используя мобильный терминал в качестве беспроводного модема) и обмениваться любой информацией с мобильным терминалом в обе стороны, включая даже его перепрошивку, т. е. замену программного обеспечения. Но не все терминалы GSM (да и других стандартов) поддерживают кабельное соединение. Некоторые терминалы снабжаются системным разъемом, расположенным под задней съемной панелью, и предназначен этот разъем исключительно для сервисного обслуживания (замены ПО или тестирования).

Ряд моделей мобильных терминалов позволяет при подключении к компьютеру через Data-кабель в определённом режиме работать со встроенной памятью и установленной в них картой памяти без установки на компьютер драйвера телефона (подобно тому, как мы работаем с USB флеш-накопителем).

97

Способ второй: ИК-порт. Инфракрасный порт или ИК-порт – устройство для беспроводного соединения мобильного терминала с персональным компьютером, другим мобильным терминалом, а также, при необходимости (и совместимости) еще с целым рядом устройств, например, с цифровой фотокамерой. Все ИК-порты работают по одному открытому стандарту IrDA (Infrared Data Association, стандарт передачи данных в ИК-диапазоне) и аппаратно совместимы между собой независимо от производителя, у различных устройств может наблюдаться только программная несовместимость. Яркой иллюстрацией этого утверждения является возможность управлять бытовой техникой при помощи ИК-порта смартфона или наладонного компьютера после установки на него соответствующего ПО.

При работе через ИК-порт передача информации ведется в инфракрасном диапазоне при длине волны от 850 до 880 нанометров, дальность передачи до 1 метра, угол передачи не должен превышать 60 градусов, а между двумя устройствами не должно быть никаких перпятствий. IrDA – полудуплексный или симплексный канал, т. е. он не может одновременно получать и принимать информацию. При передаче вспышка соответствует нулю, а отсутствие излучения – единице [41].

Скорость передачи через ИК-порт может значительно различаться. Первая версия стандарта IrDA 1.0 обеспечивала скорость в диапазоне от 2400 бит/с до 115 кбит/с между мобильными терминалами. При связи с персональным компьютером большое значение имеет способ подключения ИК-порта к компьютеру. Существуют ИК-порты, подключаемые к COM-порту (или к USB-порту, который рассматривается компьютером как виртуальный COM-порт) и на IrDA-разъем системной платы (5-контактный разъем IrI). Второй способ предпочтительнее, но он обычно применяется для подключения стационарных ИК-портов. Если оба подключаемых через IrDA устройства имеют ИК-порты, работающие по второй версии стандарта IrDA 2.0, может быть обеспечена скорость передачи в диапазоне от 1,152 Мбит/с до 4 Мбит/с. Если же мобильный терминал снабжен портом стандарта IrDA 1.0 или к компьютеру подключен выносной ИК-порт, скорость передачи будет лежать в диапазоне 2400 бит/с – 115 кбит/с. Дело в том, что при подключении к COM-порту (или USB) инфракрасный интерфейс использует универсальный асинхронный приемопередатчик (Ua Rt) в COM-порте, который имеет несколько скоростей передачи в диапазоне от 2400 бит/с до 115 кбит/с. Вторая версия стандарта IrDA 2.0 обратно совместима с первой версией IrDA 1.0 [41, 44].

В настоящее время большинство ноутбуков, наладонных компьютеров (PDA) и мобильных телефонов начиная со среднего ценового сегмента снабжены ИК-интерфейсом, а к персональным компьютерам ИК-порт может быть легко подключен в виде выносного модуля через USB-порт. Однако самые последние тенденции мобилостроения предполагают отказ в

98

последних моделях терминалов от ИК-интерфейса как от устаревшего, слишком медленного и недостаточно удобного в использовании. Смартфоны, напротив, чаще всего продолжают снабжать им, но здесь скорее действует стремление собрать в одном аппарате все возможные интерфейсы (а также стремление максимально учесть пожелания потенциальных владельцев таких устройств), чем техническая целесообразность.

Способ третий: Bluetooth. Технология Bluetooth – технология беспроводной связи через радиоканал с низким энергопотреблением (мощность передатчика порядка 1 – 2,5 мВт) и небольшим радиусом действия, предназначенная для организации персональных сетей PAN – Personal Area Network. Название „Bluetooth“ – „Голубой зуб“ (русская транскрипция „Блютуз“) технология получила в честь короля викингов Харальда I Блаатанда (в поздней английской транскрипции – Bluetooth, Голубой зуб или Синезубый), который в 10 веке объединил Данию с Южной Норвегией и Южной Швецией и создал единое Датское королевство. По замыслу создателей, технология Bluetooth должна объединять самые разные устройства: от персональных компьютеров и мобильных телефонов до любых бытовых и промышленных приборов. В 1994 году в исследовательском центре компании Ericsson в городе Лунд (Швеция) начались первые исследования по созданию подобной технологии, позже к работам подключились Intel, Nokia, IBM, Toshiba, Motorola и другие компании и исследовательские центры, объединенные в SIG – Special Interest Group, Группу специальных интересов (всего 2500 организаций). В декабре 1999 года было опубликовано первое описание технологии версии 1.0, спустя год появилась версия 1.1, 5 ноября 2003 года – версия 1.2, а 15 октября 2004 года – версия 2.0+EDR (Enhanced Data Rate).

Технология Bluetooth использует нелицензируемый диапазон частот 2,45 GHz (диапазон ISM – Industry, Science and Medicine), предназначенный для промышленности, научных исследований и медицины (например, все СВЧ-печи работают именно в этом диапазоне). Антенна для столь малой длины волны может быть вытравлена непосредственно на печатной плате. Bluetooth использует широкополосные технологии и методы частотных скачков, всего в диапазоне 2,45 GHz она выделяет 79 каналов. Если в каком-либо канале появляются помехи, производится автоматическая перенастройка канала. Передача данных производится в пакетном режиме, каждый пакет передается на своем прыжке, за счет чего уменьшается вероятность перехвата сигнала. Частотные скачки выполняются 1600 раз в секунду, кроме того, применяется аутентификация и 128-битовое шифрование. Частотные скачки и аутентификация также призваны решать проблему перегрузки при одновременной работе множества Bluetooth-устройств. Технология поддерживает до трех голосовых или смешанных (данные/голос) каналов одновременно, что создает возможности для ее использования в многопользовательских игровых приложениях, для

99

одновременной передачи голоса и данных и т. п. Отдельные Bluetooth-устройства могут создавать PAN-персональную сеть с максимальным количеством до 256 задействованных в ней устройств. Скорости передачи данных по этой технологии теоретически могут достигать 1 Мбит/с, практически они обычно не превышают 720 кбит/с в асимметричном режиме и 420 кбит/с в дуплексном режиме. Теоретическая скорость передачи данных для версии Bluetooth 2.0+EDR составляет 3 Мбит/с [2, 44, 45, 46, 59].

Сегодня на рынке представлены три класса Bluetooth-устройств: радиус действия устройств третьего класса (самых распространенных) составляет 10 метров, а радиус действия устройств первого класса достигает 100 метров. Однако при этом сильно увеличивается энергопотребление, поэтому мобильные устройства обычно оборудуются Bluetooth-устройствами третьего класса [46]. Современная аппаратная реализация Bluetooth – единый микрочип, который можно встроить в любое оборудование.

Одним из важнейших свойств технологии является полная автоматизация всей технической части и процедуры соединения устройств. Каждое включенное Bluetooth-устройство может находится в двух состояниях: non-connectable mode (невидимы) или connectable mode (видимы другими устройствами и готовы для соединения). Работа включенного устройства начинается с режима device discovery (поиск других устройств), причем оно в состоянии обнаружить только те устройства, которые находятся в видимом режиме. Если в радиусе действия данного Bluetooth-устройства обнаружено другое в видимом режиме, устройства автоматически определяют параметры соединения (диапазон частот, порядок их смены, размер пакетов данных и т. д.), после чего новое устройство получает набор адресов и имен всех доступных устройств. В дальнейшем следует процедура service discovery (определение услуг, предоставляемых этими устройствами) [2]. Только определив все эти условия, устройство обращается к оператору, запрашивая, связываться или нет с обнаруженными устройствами.

Помимо собственно передачи данных между мобильными терминалами и подключения их к персональным компьютерам, технология Bluetooth предоставляет пользователю массу возможностей. Это подключение беспроводных гарнитур и выносных акустических систем к мобильным терминалам (в последнее время стали появляться также Bluetooth-стереогарнитуры для совместной работы с устройствами, поддерживающими стандарт A2DP), прямая печать на оборудованных технологией Bluetooth принтерах, автоматическое подключение терминала к автомобильной системе громкой связи при посадке в автомобиль и т. д., вплоть до управления с мобильного терминала различной бытовой техникой.

Мобильные терминалы высшей и средней ценовой категории, а также многие наладонные компьютеры и ноутбуки сегодня оборудованы Bluetooth-интерфейсом. Персональные компьютеры чаще всего требуют установки

100

USB-адаптеров, а ноутбуки и другие устройства, не оборудованные Bluetooth изначально, могут быть подключены к другим устройствам по данной технологии как с помощью USB-адаптеров, так и с помощью адаптеров, выполненных в форм-факторе PC Card и наиболее распространенных карт памяти: SD, Compact Flash, Memory Stick и других [46].

Перспективной технологией, могущей заменить Bluetooth или, скорее, существовать параллельно с ним, считается стандарт Wireless USB или Беспроводной USB, официальная спецификация которого вышла летом 2005 года. При простоте подключения и безопасности использования, сравнимой с проводным USB-интерфейсом, этот стандарт способен обеспечить скорость передачи данных до 480 Мбит/с на расстоянии до 3 метров или 110 Мбит/с на расстоянии до 10 метров.

Способ четвертый: карты памяти. Большинство мобильных телефонов высшего и даже среднего ценового диапазона снабжаются в последнее время слотами (разъемами) для установки энергонезависимых карт памяти или Flash-карт. Такая возможность позволяет практически неограниченно расширять память терминала, что в эпоху мультимедиа пришлось весьма кстати.

Различные мобильные терминалы используют карты памяти форматов MMC, RS-MMC, MMc-micro, SD, miniSD, microSD (TransFlash, T-Flash), Memory Stick (MS), Memory Stick PRO Duo (MS PRO), M2 (MS Micro), причём к 2009 году наиболее популярным стал формат microSD. Но для нас важно другое: любая карта памяти может быть вынута из терминала, вставлена в специальное устройство для чтения карт памяти Card reader (русская транскрипция „кардридер“), подключенный через USB-интерфейс или стационарно вмонтированный в компьютер и, таким образом, прочитана на компьютере. Появляется заманчивая возможность переносить информацию с мобильного терминала в персональный компьютер и обратно, причем со скоростями, чаще всего превосходящими даже кабельное соединение, не говоря уже о беспроводных интерфейсах. Сегодня этот способ все чаще используется на практике, когда речь идет о передаче данных между мобильным терминалом и персональным компьютером без использования сети GSM. В принципе, способ может применяться и для обмена данными между мобильными терминалами (здесь важно, чтобы оба терминала работали с одним форматом карт памяти, в то время как кардридер компьютера может быть совместим одновременно со всеми их типами). В последнее время на рынке стали появляться кардридеры, работающие не только с картами памяти, но и с SIM-картами. Такой кардридер позволяет очень просто сохранить телефонную книгу с SIM-карты на компьютере, а в дальнейшем синхронизировать ее текущее состояние, добавлять, удалять и редактировать записи в ней. Кроме того, появляется возможность просматривать и сохранять на компьютере SMS, записанные на SIM-карте. Подобные устройства пользуются большой

101

популярностью у представителей правоохранительных органов и широко используются при проведении следственных действий.

Wi-Fi. Строго говоря, стандарт IEEE 802.11, известный также под коммерческим названием Wi-Fi, является стандартом беспроводной LAN, т. е. локальной компьютерной сети и не имеет прямого отношения к вопросам мобильной связи и стандарту GSM. Аббревиатура Wi-Fi произошла от словосочетания Wireless Fidelity, что переводится как „высокая точность беспроводной передачи данных“. Wi-Fi работает на той же частоте 2,4 – 2,48 GHz, что и Bluetooth, но эти технологии не мешают друг другу. Прямое применение Wi-Fi – создание беспроводных локальных сетей WLAN с мобильными сегментами в офисах и обеспечение высокоскоростного доступа к Internеt в общественных местах (в кафе, ресторанах, на вокзалах, в аэропортах и т. п.). Самый первый стандарт 802.11 предполагал передавать данные со скоростью до 2 Мбит/с, стандарт 802.11b, сертифицированный в сентябре 1999 года, поднял максимальную скорость до 11 Мбит/с. В том же 1999 году увидел свет и стандарт 802.11а, в котором скорость передачи удалось поднять до 54 Мбит/с (правда, на частоте 5,15 – 5,35 GHz, которая не может использоваться в Европе), а осенью 2001 года появился стандарт 802.11g, обеспечивающий такую же скорость до 54 Мбит/с в диапазоне 2,4 GHz. Для создания WLAN или организации доступа к Internеt в общественных местах необходимо установить точку доступа к Wi-Fi, так называемый hot-spot, объединяющий в себе приемо-передающую аппаратуру и сетевой концентратор. Реальная скорость передачи в существующих сетях обычно составляет от 2 до 6 Мбит/с, одна точка доступа покрывает радиус в 200 м [46]. Если необходимо покрыть большую территорию, используют сотовую структуру сети, связав несколько точек доступа единственным проводным каналом. В этом случае для администрирования и управления сетью в ней устанавливается сервер. В случае организации доступа к Internеt сервер или отдельная точка доступа получает канал связи с Всемирной сетью.

Какое отношение все это имеет к GSM-сетям? Дело в том, что ряд смартфонов и коммуникаторов последних моделей оснащен модулем для доступа к сетям Wi-Fi, а точками доступа оборудован ряд общественных мест в крупных городах, кроме того, сами ведущие украинские операторы UMC, Киевстар и Beeline с конца 2006 года стали предоставлять доступ к Internеt посредством Wi-Fi в ряде крупных городов. Таким образом, для целого ряда GSM-терминалов появилась альтернативная возможность связи с Internеt с более высокой скоростью и по значительно меньшей цене. Появление же относительно дешевого и достаточно скоростного канала в свою очередь позволяет реализовать в этих устройствах технологию VoIP (Voice over IP, голос поверх протокола IP, иными словами, организация голосовой связи по Internеt-каналам), например, при помощи мобильной разновидности популярной программы Skype или других подобных

102

программ. Технология VoIP, или Internеt-телефония, предполагает передачу речи в оцифрованном виде по Internеt-каналам минуя традиционные коммутируемые каналы. За счет этого звонок через VoIP на большие расстояния получается в несколько раз дешевле. это происходит потому, что в традиционной телефонии абоненты занимают два канала в линиях связи, и эти каналы остаются занятыми на все время разговора (два канала нужны для организации полнодуплексной связи). Но между словами есть паузы, в которых канал бездействует, кроме того, пока один из абонентов говорит, другой его слушает, и один из каналов тоже бездействует. При работе через VoIP речь оцифровывается и разбивается на пакеты, которые передаются в пункт назначения по свободным в данный момент каналам, где вновь собираются и декодируются. На все время связи постоянно не занимается ни одного канала, канальные ресурсы используются по мере надобности, отсюда и более низкая цена на передачу речи. В будущем дальняя связь скорее всего вообще откажется от технологии коммутации каналов и перейдет к VoIP, то есть к технологии коммутации пакетов. В настоящее время связь через VoIP выгодна при совершении звонков за границу, но обычно она организуется со стационарных телефонов. С появлением точек доступа к Wi-Fi и терминалов с поддержкой этой технологии VoIP в пределах зоны действия Wi-Fi стала доступной и с мобильных терминалов.

Сервисы на основе технологии LBS. Одними из самых новых дополнительных функций в сетях стандарта GSM стали сервисы на основе технологии LBS (Location Based Service, технология определения местоположения абонента). На основе этой технологии могут предоставляться услуги собственно определения текущего местоположения абонента, поиска ближайшего от данного местоположения объекта (кинотеатра, музея, супермаркета) из числа занесенных в базу данных, поиска любого адреса и предоставления карты с проложенным до него маршрутом с учетом направления дорожного движения. Предоставляются также детальные карты города пребывания абонента и других крупных городов. Ответ на запрос по ряду услуг может быть получен при помощи SMS, e-mail или MMS, просмотр карты или построенного маршрута возможен через WAР-доступ. Здесь описаны услуги, которые с осени 2006 года предоставляются в Украине компанией Киевстар. С технической точки зрения сервисы на основе технологии LBS интересны тем, что за ними стоит специальная инфраструктура сети GSM, которая может быть использована как для предоставления еще целого ряда специальных сервисов, так и для поиска абонента по запросу правоохранительных органов, поиска потерявшихся пожилых людей, отслеживания местопребывания детей и т. д., хотя точность определения местоположения пока оставляет желать лучшего – в крупных городах она обычно не превышает 500 метров.

Некоторые дополнительные возможности мультимедийных терминалов. Современные мультимедийные терминалы могут обладать ещё

103

целым рядом дополнительных возможностей, на основе которых могут быть построены определённые сервисы.

Терминалы с сенсорными экранами известны достаточно давно, впервые они появились в Азиатско-Тихоокеанском регионе в странах, где принято письмо иероглифами. Оттуда же родом и системы распознавания рукописного текста, которые постоянно совершенствуются. Сенсорный экран традиционно управлялся при помощи стилуса (специальной пластиковой палочки). В последнее время стали появляться сенсорные экраны с функцией TouchFLO (управление пальцем, русскоязычное название – пальцеориентированный интерфейс), которые позволяют работать непосредственно пальцами на выведенной на экран виртуальной клавиатуре. Сенсорная технология TouchFLO – технологическая надстройка над обычной сенсорной технологией экрана, ряд её разновидностей предполагает отклик экрана на нажатие пальцем (имитацию тактильных ощущений нажатия кнопки). Дальнейшим развитием TouchFLO стала технология MultiTouch – одновременное распознавание нажатия двумя пальцами. Удобство TouchFLO заключается в возможности управления терминалом с виртуальной клавиатуры без задействования стилуса, хотя возможность работы со стилусом и распознавания рукописного ввода у таких экранов сохраняется.

В последние модели мобильных телефонов, КПК, смартфонов, фотоаппаратов часто встраивается акселерометр – устройство, определяющее положение аппарата в пространстве. Акселерометр используется в первую очередь для автоматического поворота изображения на дисплее при изменении способа удержания устройства (автоматический поворот изображения из книжной ориентации в альбомную и обратно). Кроме этого акселерометр может быть задействован в управлении играми и некоторыми другими приложениями. Так, в ряде терминалов Sony Ericsson на основе акселерометра реализованы фирменные технологии Shake Control и Gesture Control, которые позволяют управлять проигрыванием музыки с помощью жестов и встряхивания телефона.

Если далее рассматривать развлекательные функции современного мультимедийного телефона, даже такая мелочь, как аудиоразъём, может иметь очень большое значение. Фирменный разъём позволяет подключать к терминалу ограниченный модельный ряд гарнитур, которые могут отличаться не очень хорошим звучанием. Поэтому модели, ориентированные на воспроизведение музыки, в последнее время оснащаются 3,5-мм стандартным аудиоразъёмом, который позволяет подключать любые головные телефоны (наушники). Производитель заметил, что наличие такого разъёма сильно увеличивает популярность модели и положительно влияет на динамику продаж.

Некоторые мобильные терминалы снабжаются также телевизионными приёмниками (TV-тюнерами), которые могут быть как аналоговыми, так и

104

цифровыми (например, европейского стандарта наземного вещания DVB-T). Обычно такой терминал выдаёт наличие телескопической выдвижной антенны и приспособлений для закрепления на столе при просмотре телепередач (а также максимально увеличенный размер экрана). Интернет-телевидение (IP-TV) в мобильных телефонах обычно реализуется в виде поддержки различных онлайн-сервисов в сочетании с возможностью работы с потоковым видео без загрузки в терминал.

Фотокамерой в мобильном телефоне сегодня никого не удивишь – камеры с малым разрешением встраиваются даже в аппараты низшего ценового сегмента среднего класса. В дорогих моделях телефонов камеры вполне могут соперничать с дешёвыми цифровыми фотоаппаратами, обычно они помимо фотосъёмки поддерживают и видеорежимы с различными разрешениями. В аппараты, поддерживающие работу в сетях поколения 3G, обычно встраивается вторая фронтальная фотокамера с матрицей малого разрешения 0,1 или 0,3 Mpx для совершения видеозвонков.

Ряд моделей терминалов (процент которых на рынке непрерывно возрастает) оборудуется GPS-приёмником, обеспечивающим определение текущего местоположения абонента и работу с картами местности. GPS стремительно набирает популярность, по прогнозам в 2010 году в мире будет функционировать 450 миллионов различных GPS-устройств. Применительно к мультимедийному терминалу со встроенной фотокамерой и GPS-приёмником может быть реализован сервис geo-tagging – добавление к фотографиям цифровых меток с указанием координат места, где производилась съёмка. Впервые эта функция была реализована компанией Nokia в собственных смартфонах в 2007 году.

Здесь перечислены лишь некоторые дополнительные возможности современных мультимедийных терминалов, реализованные в серийных моделях по состоянию на конец 2009 года. Какие возможности обретёт мобильный телефон в дальнейшем – мы можем только предполагать.