Od ARPANET do 802.11AC – rozwój przepustowości transmisji radiowej

Internet radiowy jest rodzajem sieci internetowej, w którym cyfrowy sygnał dociera do użytkownika drogą radiową i wymaga odpowiedniego urządzenia, mogącego go odebrać- bez użycia kabli. Pierwotne rozwiązania sieciowe bazowały przede wszystkim na połączeniach kablowych (sieci LAN). Było to kłopotliwe, dlatego zaczęto szukać nowych możliwości. Znacznie wygodniejsze, efektywniejsze i tańsze okazało się tworzenie sieci bezprzewodowych, wykorzystujących fale radiowe. Internet radiowy w polskich domach zaczął zyskiwać popularność końcem lat 90-tych, z roku na rok zwiększając swoją prędkość.

Historia radiowego Internetu na świecie

Radiowy dostęp do Internetu istnieje od 1985r., jednak samo tworzenie sieci komputerowej rozpoczęło się znacznie wcześniej. Niektórzy upatrują początku historii sieci bezprzewodowych w 1820r., gdy duński naukowiec Hans Oersted odkrył pole magnetyczne, wytwarzane przez drut, w którym płynął prąd. Wiele lat później, w połowie XX wieku, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych założył organizację ARPA, której celem było opracowanie pierwszej, zdecentralizowanej sieci komputerowej (wojskowej sieci badawczej), aby móc połączyć ze sobą dużą ilość komputerów i przesyłać między nimi dane. Udało się to pod koniec lat 60-tych, gdy naukowcy z kilku amerykańskich uniwersytetów wynaleźli pierwszą sieć. Nazwaną ją ARPANET. W ten sposób, rozpoczęto szyfrowaną transmisję przez radio. W latach 70-tych, stworzono pierwsze, międzynarodowe połączenie między USA a Wielką Brytanią. Kilka lat później, powstała pierwsza lista mailingowa oraz wykorzystywany do dzisiaj, protokół TCP/IP. W 1983r., ARPANET stał się powszechny, uzyskując połączenie z CSNET. Rok później, pojawiło się pojęcie „domeny”.

Przełomem dla historii radiowego Internetu był rok 1985, gdy Federalna Komisja Łączności (FCC) zezwoliła na nielicencjonowany dostęp do pasma radiowego. W efekcie, powstał standard 802. 11 technologii Wi-Fi, który do dzisiaj wykorzystywany jest w urządzeniach, łączących się z siecią bezprzewodowo. Z początku, posiadał on bardzo niską przepustowość (1-2Mb/s). Później zastąpiono go standardem 802.11b, zwiększając przepustowość do 11 Mb/s. Następnie wprowadzono standard 802.11a, działający na częstotliwości 5GHz, z przepustowością 54Mb/s. Posiadał on jednak wiele wad, dlatego w 2002r. wynaleziono nowe urządzenie, pracujące w standardzie IEEE 802.11g. Najświeższym osiągnięciem jest standard 802.11n, który osiąga przepustowość do 540Mb/s, działając w paśmie 2,4 GHz lub 5GHz.

Bluetooth – standard 802.11. zyskuje konkurencję

Bluetooth jest nazwą dla technologii bezprzewodowej komunikacji krótkiego zasięgu pomiędzy różnymi urządzeniami (np. komputer, laptop, telefon, tablet, mysz, słuchawki). Do działania wymaga jedynie specjalnego adaptera. Bluetooth wykorzystuje fale radiowe w paśmie ISM 2,4GHz, dostępne na całym świecie.

Historia standardu sięga 1998r., gdy firma L.M.Ericcsson postanowiła połączyć telefony komórkowe z innymi urządzeniami - bez stosowania kabli. Aby zrealizować swój cel, utworzyła wraz z marką IBM, Intel, Nokia i Toshiba grupę SIG (Special Interest Group). Nowa, bezprzewodowa technologia miała charakteryzować się małych zasięgiem, niskim poborem prądu i mocą promieniowania oraz atrakcyjną ceną, stając się konkurencją dla standardu 802.11. W 1999r., oficjalnie zaprezentowano pierwszą wersję Bluetooth V1.0, którą zaakceptowała grupa standaryzacyjna IEEE. Sama nazwa „bluetooth” pochodzi od imienia byłego króla duńskiego - Haralda Bluetooth, który posiadał niewiarygodną zdolność do jednoczenia krajów w czasie niebezpieczeństwa.

Wersja Bluetooth	Przepustowość
Bluetooth 1.0	21 kb/s
Bluetooth 1.1	124 kb/s
Bluetooth 1.2	328 kb/s
Bluetooth 2.0	2,1 Mb/s, potem 3,1Mb/s
Bluetooth 3.0 + HS (High Speed)	24 Mb/s (3 MB/s)
Bluetooth 3.1 + HS (High Speed)	40 Mb/s (5 MB/s)
Bluetooth 4.0 + LE (Low Energy)	1 Mb/s (znaczne obniżenie poboru energii)

Jak podaje portal spidersweb.pl (dane z 4 grudnia 2014r.), potwierdzono informację o wprowadzeniu nowych modułów Bluetooth 4.2., dzięki którym możliwa będzie łączność z Internetem bez modułu Wi-Fi. Do 2020r., technologia zostanie wdrożona w 28mld urządzeń. Standard ma być 2,5x szybszy i 10x bardziej pojemny od swoich poprzedników. Premierę sprzętu, używającego Bluetooth 4.2., zapowiedziano na 2015r.

Standard TETRA

Mówiąc o rozwoju transmisji radiowej, należy wspomnieć o standardzie cyfrowej radiotelefonicznej łączności dyspozytorskiej TETRA (TErrestrial Trunked Radio, uprz. TransEuropean Trunked Radio), stworzonym przez ETSI (Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych) na potrzeby komunikacyjne służb bezpieczeństwa publicznego (m.in. policji i straży pożarnej) oraz ratownictwa. System wdraża się w krajach bez ujednoliconej infrastruktury łączności. Komunikacja odbywa się czterema, niezależnymi kanałami. Najważniejszą zaletą standardu TETRA jest możliwość alarmowego połączenia nawet, gdy wszystkie kanały są zajęte (funkcja operowania priorytetami połączeń). Internet osiąga prędkość do 28,8kb/s.

Na ten moment, w ponad 125 krajach z całego świata, działa kilkaset rozbudowanych sieci TETRA. W Polsce są to: system łączności dyspozytorskiej w Tauron GZE Polska oraz lokalne systemy dla policji w Warszawie, Krakowie, Szczecinie, Łodzi.

Standard IEEE 802.11ac – szybkość na miarę XXI wieku

802.11ac należy do grupy standardów Instytutu Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE), określających metody transmisji w bezprzewodowych sieciach lokalnych o dużych wydajnościach, w paśmie 5GHz (starsze routery, zgodne ze standardem 802.11b/g, korzystały z pasma 2,4 GHz). Częstotliwość 5GHz nie jest na razie oblegana, dzięki czemu nie występują zakłócenia. Celem wdrożenia nowego standardu, był znaczący wzrost szybkości wymiany dużych ilości danych przez sieć radiową. Wprowadzono także liczne usprawnienia, których brakowało w IEEE 802.11n. Standard zatwierdzono w 2014r. Dzisiejsze routery Wi-Fi, zgodne ze standardem IEEE 802.11ac, pozwalają na przepustowość nawet do 1,3Gb/s. Według prognoz, w niezbyt dalekiej przyszłości, będzie to aż 7Gb/s. Urządzenia, zgodne z 802.11ac, obsługują kanały o szerokości 80 MHz (opcjonalnie nawet 160MHz!), co pozwala nieporównywalnie zwiększyć prędkość transferu danych (kanał 80MHz – do 433Mb/s, kanał 160MHz – do 867Mb/s). Faktyczne przepustowości uzyskiwane przez polskich klientów w ramach 802.11AC osiągają 200 i więcej Mb/s, przykład https://www.youtube.com/watch?v=9gtI_6gFQOA

wykres

Rozwój mobilności

Już pierwsze telefony (GSM 900 Phase 1), pojawiające się na rynku, pozwalały łączyć się z Internetem, używając technologii Circuit Switched Data (CSD). Oczywiście prędkość była bardzo niska – wynosiła zaledwie 9,6kb/s (w dwie strony), a dostęp kosztował krocie (rozliczenie czasowe). Transmisję zwiększono wkrótce do 14,4 kb/s na kanał, dzięki HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), co dawało transfer 57,6 kb/s dla pobierania i 14,4kb/s dla wysyłania. Przełomową technologią dla mobilnego Internetu stała się dopiero pakietowa transmisja danych GPRS (General Packet Radio Service). Prędkość transferu dochodziła nawet do 80 kb/s, co dawało już pewną swobodę przeglądania stron. Rozliczenie obejmowało przetransmitowane pakiety danych, a nie czas spędzony w sieci. Wkrótce GPRS został zastąpiony EGPRS (EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution), pozwalając na przesyłanie danych w sieciach GSM z prędkością nawet 236,8 kbit/s. To właśnie technologia EDGE, nazywana technologią 2,5G, przyczyniła się do powstania telefonii komórkowej trzeciej generacji UMTS (3G). Od czasu zadebiutowania 3G, Internet mobilny mógł zacząć konkurować ze stacjonarnym, odnotowując podobną prędkość transferu (pobieranie – max. 21,6 Mbit/s, nadawanie - 5,76 Mbit/s). Rozwój technologii HSPA (ostatecznie nazwanej HSPA+) pozwolił osiągnąć prędkość 42 Mbit/s. Najszybszy Internet na polskim rynku, działający w technologii HSPA+DC, wprowadziła firma Orange w 2011r.

Rynek komunikacyjny nie poprzestał na trzeciej generacji, szybko prezentując światu czwartą generację sieci bezprzewodowych LTE (Long Term Evolution), która miała zastąpić sieć UMTS i pozwolić na pobieranie danych z prędkością 300 Mbit/s (trwają prace nad LTE-A z transferem nawet 1Gbit/s dla pobierania i 500 Mbit/s dla nadawania). Operatorzy zadeklarowali budowę 3 200 nadajników w Polsce. W praktyce jednak, zarówno osiągana prędkość w LTE, jak również ilość faktycznie wprowadzonych nadajników, pozostawiają wiele do życzenia.

Obecnie przepustowości są tak duże, że w celu dokładnego pomiaru należy używać certyfikowanych narzędzi typu speed test, które pozwalają mierzyć szybkość internetu w dziesiątkach Gb/s. Używanie testerów prędkości bez certyfikacji, może prowadzić do całkowicie błędnych odczytów i zafałszowania wyników.

Czy bezprzewodowe technologie dostępu do Internetu, zaczną wypierać inne standardy (w końcu zostały stworzone jako alternatywa dla sieci LAN, a nie jako jej zastępstwo)? Czy jest możliwe dalsze zwiększanie przepustowości transmisji? I czy dzisiejsze osiągi są faktycznie konieczne przeciętnemu użytkownikowi? Wszystko wskazuje na to, że historia bezprzewodowej transmisji danych wciąż się tworzy…