Уильям Митчелл - Я++: Человек, город, сети Страница 13

Возможность непрерывной беспроводной связи впервые стала обсуждаться в середине XIX века, когда Джеймс Максвелл выдвинул гипотезу о существовании способных обеспечить ее электромагнитных возмущений10. К 1888 году Генрих Герц экспериментально доказал, что искры вызывают радиоволны, а уже в начале 1890-х Уильям Крукс в ставшем классикой футурологии эссе размышлял о мире беспроводных связей11. На рубеже веков, благодаря изысканиям Гульельмо Маркони и других, телеграф наконец стал беспроводным телеграфом. В скором времени корабли в открытом море могли поддерживать беспрерывную телеграфную связь с береговыми станциями, а к 1920-м годам в полицейских машинах и такси появились первые примитивные радиоустройства с возможностью передачи голоса.

В середине 1940-х в лабораториях фирмы Bell была разработана концепция рассредоточения на большой территории множества маломощных передатчиков, которые передают сессии связи друг другу, обеспечивая бесперебойную мобильную связь многочисленным пользователям. Так зародилась сотовая телефония, однако коммерческие сотовые сети заработали лишь к концу 70-х. С тех пор мобильная связь стремительно развивается; в 1990 году по всему миру насчитывалось порядка одиннадцати миллионов пользователей; с 1995 года количество новых владельцев мобильных телефонов стало превышать количество новых абонентов стационарных телефонных сетей, а к началу 2000-х число пользователей приближалось к миллиарду12.

Первые сотовые системы использовали аналоговые сигналы и применялись в основном для передачи голоса. К началу 2000-х они перешли на цифровые стандарты, все больше смещая акцент от беспрерывного голосового соединения между двумя людьми к пакетной передаче данных от чипа к чипу. Так возник интерес к широкополосным беспроводным системам, способным передавать данные не килобитами в секунду, а мегабитами или даже сотнями мегабитов, что требуется, например, для передачи изображения и звука высокого качества13. В итоге различия между беспроводными системами передачи голоса и данных начали пусть понемногу и с трудом, но стираться14. Мы вступили в мир мобильных сетей GSM и 3G, а также протоколов локальной передачи данных IEEE 802.11a и 802.11b15 (Wi-Fi). Серийные и USB-кабели, которыми подключались периферийные компьютерные устройства, уступили место технологиям Bluetooth16 и UWB17. В исследовательских лабораториях рассматривались все новые и новые альтернативы. Вместо единой беспроводной системы образовалось несколько конкурирующих и конфликтующих стандартов, но бесперебойная, глобальная и беспроводная связь казалась уже делом ближайшего будущего.

Логика беспроводного покрытия

Цель беспроводного передатчика – обеспечить совместимым устройствам (стационарным или мобильным) удовлетворительный прием сигнала в пределах зоны действия. По существу, это вопрос типа и расположения передающей антенны, силы сигнала, частоты сигнала, конструкции приемника, необходимости эффективно использовать доступные диапазоны, требований к временным или пространственным интервалам между сигналами в одном диапазоне и политики распределения частот18. Оказывается, что у беспроводного покрытия существует своя сложная логика, которая обусловила создание целой системы беспроводных оболочек, каждая из которых обхватывает Землю на все большей высоте. Зоны покрытия беспроводных систем накладываются друг на друга и на территории общепринятых географических и политических образований, усиливая одни социальные и политические группы и подрывая влияние других.

Самые маломощные системы с самым небольшим покрытием работают в радиусе от нескольких сантиметров до нескольких метров. Особого смысла регулировать их доступ к диапазону нет, поскольку вероятность того, что они создадут помехи для других систем, ничтожно мала. Для голосового общения они, очевидно, не подходят (голос сам по себе слышен дальше), тем не менее они обеспечивают удобный, гибкий способ соединения крошечных вычислительных устройств без физического подключения – сотрудники MIT Media Laboratory разрабатывали эту концепцию в проектах «компьютер – краска» и «компьютер – канцелярская кнопка» («paintable» и «pushpin»). С их помощью также можно обеспечивать многоскачковые соединения, работающие на более дальние расстояния, – похожим образом пакеты передаются в интернете от узла к узлу.

Устройства, содержащие специальный микрочип Bluetooth, способны поддерживать взаимную связь на рабочей поверхности или в пределах комнаты – в радиусе примерно десяти метров. Bluetooth, изобретенный в середине 90-х, первоначально предназначался для связи между ноутбуком и мобильным телефоном. Сегодня по Bluetooth подключается и множество других бытовых приборов, таких как плееры, цифровые камеры, принтеры и видеопроекторы. Эту систему также используют для подключения портативных устройств к стационарным точкам доступа к сети. Примечательней всего тот факт, что устройство с Bluetooth может мгновенно устанавливать соединение с любым другим Bluetooth-устройством, оказавшимся в радиусе действия: так можно организовать временную сеть между ноутбуками в конференц-зале или аудитории. По сути, Bluetooth и подобные технологии обеспечивают свободу передвижения и гибкость пространственной конфигурации социально-технических систем в пределах комнаты. Bluetooth не единственная беспроводная технология, подходящая для выполнения этой задачи, и в будущем ее, скорее всего, вытеснят более удачные альтернативы, но именно с ней беспроводное соединение ближнего действия вошло в обиход.

Системы следующего уровня, такие как Wi-Fi (802.11), имеют базовые станции с радиусом действия порядка 100 метров, но сигнал их, как правило, с трудом проходит сквозь стены и прочие препятствия19. Таким образом, они отлично подходят для установки беспроводной системы в частных домах, офисах, кафе, садах, парках и т. п. С введением в строй таких систем наша антропогенная среда все плотнее заполняется точками беспроводного соединения, дающими миниатюрным и маломощным переносным устройствам доступ к высокоскоростным сетям большой протяженности. Базовые станции и переносные устройства обеспечивают свободу передвижений, в то время как провода позволяют бесконечно наращивать объемы передаваемых данных20.

Поскольку эти базовые станции обеспечивают покрытие в масштабе помещений и целых зданий, они способствуют усилению взаимосвязей внутри сложившихся жилищных сообществ. Открытие сетей для посетителей представляет собой новую форму гостеприимства. С появлением свободного доступа в интернет публичное пространство получает новое измерение, Брайант-парк на Манхэттене одним из первых предоставил посетителям это удобство. Поскольку эта технология сравнительно недорога, проста в установке и использует нелицензируемые (во всяком случае, в большинстве стран) частоты, она может легко соединить соседей в пользовательские сети местного уровня21. Более мощные базовые станции могут использоваться для подключения к сети небольших городов и поселков – иногда неожиданно возрождая в наш электронный век общественные функции церковной колокольни или минарета; в 2002 году городок Эллавиль в штате Джорджия (население 1 700 человек) стал пионером подобной стратегии, установив широкополосную станцию на водонапорной башне и антенны на крышах окрестных домов, что обеспечило доступ в сеть в радиусе одного километра. Новозеландский Окленд в порядке эксперимента развернул более масштабную сеть в одном из центральных деловых районов. Однако за это электронное благодушие приходится платить: поскольку сигнал не загнать в определенные границы, всегда существует опасность помех из-за наложения зон покрытия, несанкционированного использования мощностей базовых станций соседями или прохожими, а также электронной прослушки.

На уровне городских кварталов и районов начинает преобладать сотовая инфраструктура, использующая лицензированные частоты и централизованное управление. Такая инфраструктура (в особенности для новейших цифровых стандартов) стоит больших денег, поэтому обычно развертывается и контролируется телекоммуникационными компаниями, а не группами рядовых пользователей. Каждая базовая станция такой системы расположена примерно в центре соты и включает в себя передатчик, приемник и блок управления. Зона покрытия представляет собой мозаику из таких сот. Сота может достигать десяти километров в диаметре, однако в зонах высокой концентрации пользователей она делится на соты меньшей площади (с передатчиками, соответственно, меньшей мощности). Базовые станции самых небольших сот вешают на фонарных столбах и подобных уличных конструкциях, станции сот побольше стоят на крышах невысоких зданий и специальных вышках, а покрытие крупных сот осуществляется с вершин холмов и крыш небоскребов. Поскольку количество подходящих для базовых станций мест ограниченно, а операторов мобильной связи обычно несколько, за точки размещения сотовой инфраструктуры идет все более жесткая конкуренция.