Беспроводная свобода
Беспроводная свобода
Сегодня пользователям нередко приходится иметь дело со многими мобильными радиоустройствами: сотовым телефоном, пейджером, ноутбуком и КПК с модулем беспроводного доступа, устройствами для беспроводного доступа в Интернет и т.д. Помимо различной функциональности, одна из причин существования такого "букета" заключается в том, что каждое устройство способно работать только в строго определенном диапазоне радиочастот, на организацию связи в котором регулирующие органы выдают лицензию компании-оператору.
Для решения непростой и крайне актуальной задачи "всеобщей совместимости" различных радиоустройств корпорация Intel приступила к созданию интеллектуальной платформы, способной осуществлять поиск радиосигнала любого стандарта и подключаться к сети в любом месте и в любое время. Платформа будет реализована фактически в одном полупроводниковом элементе, интегрированном в каждом чипе Intel, что даст возможность миллионам устройств "разговаривать" друг с другом и "понимать" друг друга. Чип со встроенным радиоэлементом одновременно является существенным шагом и на пути к всеобщей миниатюризации. Сегодня RF-устройства занимают немало места и потребляют немало энергии, в то время как микроэлементы, встроенные в чипы, смогут превратить наручные часы в терминалы для сеансов видеосвязи, а женские клипсы или брелоки для ключей — в полноценные мультидиапазонные сотовые телефоны.
Бесплатное радио Intel
Концепция "Бесплатного радио Intel" предусматривает наличие радиопередатчиков, работающих в нескольких стандартах и на нескольких частотах, но на единой платформе, встроенной в недорогие кремниевые чипы. Суть идеи заключается в том, что все беспроводные протоколы реализуются с помощью одного набора компонент, встроенных в компьютерный чип. Чтобы достичь подобной цели, аналоговые радиочастотные и логические части радиоустройств должны "уметь" автоматически перестраиваться для адаптации к разным сетям и протоколам.
Естественно, Intel не одна разрабатывает такую перспективную технологию — свои наработки есть у лидеров телекоммуникационного рынка — компаний Texas Instruments и Motorola, уже несколько лет работают в этом направлении Sandbridge, General Dynamics и Analog Devices. Компания PicoChip недавно предложила программно-интеллектуальную платформу для базовых станций сотовых сетей. Сегодня базовая станция предназначена для работы в одном-единственном стандарте, и процесс смены стандарта или его обновления долог, дорог и сложен. С программно-интеллектуальным радио, наоборот, все происходит легко и просто: не надо менять никакого оборудования, необходимые операции можно совершить в операционном центре.
"Бесплатное радио Intel", предоставляющее пользователям беспроводную свободу, базируется на трех китах — новых аппаратных разработках, обновленном программном обеспечении и свободном, нелицензируемом радиоспектре.
Эволюция на аппаратном уровне
Чтобы интегрировать возможности беспроводной связи в каждое полупроводниковое устройство, корпорация Intel предлагает использовать преимущества производства стандартных CMOS-полупроводников (complimentary metal-oxide semiconductor). Большие объемы и низкие издержки этого производства сделают "Бесплатное радио Intel" простым и удобным для конечных пользователей. Подход к архитектуре программно-интеллектуального радио основан на использовании набора специальных элементов с определенными вычислительными функциями. Программируя различные связи между ними, можно реализовать все необходимые протоколы радиосвязи. При этом технология MEMS (micro-electrical mechanical systems) позволяет существенно уменьшить размер и стоимость пассивных компонентов, необходимых в электрической радиоцепи.
Еще одна область, в которой ведутся исследования и разработки, — использование так называемых "умных антенн", позволяющих с помощью специальных каскадов усиливать радиосигнал, а также концентрировать его в ограниченном телесном угле, что не только улучшает качество приема, но и снижает возможность помех со стороны других передатчиков.
Применение технологии "умных антенн" приводит к более эффективному использованию частотного спектра, увеличению пропускной способности сети и ее емкости при одновременном уменьшении интерференции в переполненном частотном спектре.
Сочетание всех этих технологий позволит реализовать идею "гибкого радио" — устройства, способного выбирать в зависимости от ситуации тот радиопротокол и ту частоту, которые ему удобнее использовать в данный момент. Такое решение значительно приблизит тот день, когда универсальный интеллектуальный роуминг перестанет быть уделом фантастов.
Идея приближается к своему реальному воплощению
Исследователи из лаборатории цепей Circuit Research Lab (CRL) корпорации Intel в Хиллсборо (штат Орегон) в сотрудничестве с лабораторией коммуникационных технологий уже разработали и изготавливают ключевые блоки для цифрового процессора автоматически перестраиваемого радио. Вместо того, чтобы дублировать контуры цепей для обеспечения работы на нескольких частотах и в нескольких стандартах, исследователи создали перепрограммируемые цепи, которые с помощью программного обеспечения позволяют реализовывать различные варианты беспроводных коммуникаций.
Исследователи подразделения Corporate Technology Group разрабатывают вычислительную архитектуру и логику для выполнения этих требований. Архитектура для процессорной подсистемы будет содержать комбинацию вычислительных элементов, организованных в сеть, оптимизированную для адекватного функционирования и масштабируемости.
16-битный чип усилителя, разработанный исследователями Intel в рамках проекта Paragon, совершает миллиард операций в секунду и потребляет энергию мощностью всего 22 мВт. Он сделан по 90-нм технологии для CMOS-полупроводников и занимает площадь 0,03 мм2. Это один из наиболее высоких показателей, достигнутых за всю историю развития микропроцессоров.
Гибкая программная среда
Комитет по совместимости (NTFI — National Task Force on Interoperability) выпустил подробный документ с анализом возможности организации единой радиосвязи между различными государственными стру-ктурами в периоды острой на то необходимости. Коммуникационная индустрия стала активно искать пути создания радио, адаптированного для нескольких частотных диапазонов, "понимающего" различные протоколы передачи данных, перестраивающегося в процессе работы и способного к простой модернизации, и все это — в одном устройстве.
Однако, несмотря на колоссальный прогресс в CMOS-полупроводниках и других технологиях, встроить радио в чипы оказывается совсем не просто.
Дело в том, что радио — это аналоговая структура, работающая на частотах и с напряжениями, не являющимися дискретными, а изменяющимися непрерывно в каком-то диапазоне. Разработчики столкнулись с нетривиальной проблемой: как превратить аналоговые величины в цифровые. К счастью, у них уже был накоплен определенный опыт решения аналогичных задач.
Например, создавая технологию "беспроводного Интернета на чипе", инженеры Intel преодолели существенные сложности, связанные с различными путями оптимизации процессов производства коммуникационных и вычислительных устройств. Вместо того, чтобы идти независимыми путями при создании отдельных чипов для коммуникаций, вычислений и памяти, они использовали последние достижения в области создания флэш-памяти и объединили цифровые и аналоговые возможности.
Не меньших успехов добились разработчики ARA (Adap-tive Radio Architecture — архитектура адаптивного радио) — набора программ, который поддерживает целый ряд систем коммуникаций — как проводных, так и беспроводных. Эта программная платформа будет развиваться и вскоре сможет поддерживать как "гибкое радио", способное выбирать нужный сигнал из широкого диапазона частот, так и "подстраиваемое радио", которое будет запрограммировано на самостоятельный поиск нужного сигнала. Эту интеллектуальную платформу с широким кругом возможностей называют программно-определенным радио (SDR, software-defined radio).
Гибкая программная архитектура SDR обеспечивает пользователю возможность работы с различными протоколами передачи данных, быстрой перестройки и модернизации. Ноутбуки, сотовые телефоны и карманные компьютеры, снабженные таким программным обеспечением, смогут динамически программироваться для перестройки. Другими словами, одни и те же детали оборудования в таких устройствах смогут выполнять различные функции при различных обстоятельствах. Кроме того, многие функции будут исполняться программно.
Три кита адаптивности
Первая — адаптивность к физическим условиям. Прежде, когда связь была проводной, условия соединения по установленному каналу практически не менялись с течением времени.
При организации беспроводной связи на многокилометровых расстояниях приходится считаться с тем, что физические условия между приемником и передатчиком постоянно меняются, и это делает связь нестабильной.
При помощи системы "умных антенн" и режима работы MIMO (Multiple Input Multiple Output) качество связи повышается многократно, а энергопотребление снижается в миллион раз! Суть метода в том, что сигнал передается не с одного передатчика на один приемник, а делится между четырьмя передатчиками и четырьмя приемниками. Такое дробление позволяет избежать потери качества связи и позволяет усиливать передающийся сигнал, причем в определенном направлении распространения сигнала.
Вторая сфера — адаптивность к сети. Любой из нас не раз попадал в ситуацию, когда необходимо было перезагрузить сеть, поскольку множественное обращение пользователей к одной точке доступа снижало скорость передачи данных у каждого из них в отдельности. Intel предлагает иной способ организации связи — посылать информацию не сразу к требуемой точке доступа, а "от соседа к соседу", резко повышая пропускную способность беспроводной сети. Кроме того, при организации беспроводной сети надо стремиться увеличить число беспроводных точек доступа в ней и максимально уменьшить число точек с проводным доступом, поскольку беспроводные точки проще устанавливать, и они дешевле стоят.
Наконец, третье направление — адаптивность к пользователям. Уже на осеннем Форуме Intel для разработчиков в Сан-Хосе был продемонстрирован образец нового класса мобильных устройств — "универсальный коммуникатор". Было показано, как при перемещении устройства по залу оно в режиме интеллектуального роуминга переключается из стандарта 802.11 в сотовую сеть GSM, а затем переходит на технологию GPRS. При этом на экране коммуникатора сохранялось качественное видеоизображение, передаваемое в режиме реального времени.
По материалам пресс-центра КГ
Подготовил Дмитрий Саевич
Сегодня пользователям нередко приходится иметь дело со многими мобильными радиоустройствами: сотовым телефоном, пейджером, ноутбуком и КПК с модулем беспроводного доступа, устройствами для беспроводного доступа в Интернет и т.д. Помимо различной функциональности, одна из причин существования такого "букета" заключается в том, что каждое устройство способно работать только в строго определенном диапазоне радиочастот, на организацию связи в котором регулирующие органы выдают лицензию компании-оператору.
Для решения непростой и крайне актуальной задачи "всеобщей совместимости" различных радиоустройств корпорация Intel приступила к созданию интеллектуальной платформы, способной осуществлять поиск радиосигнала любого стандарта и подключаться к сети в любом месте и в любое время. Платформа будет реализована фактически в одном полупроводниковом элементе, интегрированном в каждом чипе Intel, что даст возможность миллионам устройств "разговаривать" друг с другом и "понимать" друг друга. Чип со встроенным радиоэлементом одновременно является существенным шагом и на пути к всеобщей миниатюризации. Сегодня RF-устройства занимают немало места и потребляют немало энергии, в то время как микроэлементы, встроенные в чипы, смогут превратить наручные часы в терминалы для сеансов видеосвязи, а женские клипсы или брелоки для ключей — в полноценные мультидиапазонные сотовые телефоны.
Бесплатное радио Intel
Концепция "Бесплатного радио Intel" предусматривает наличие радиопередатчиков, работающих в нескольких стандартах и на нескольких частотах, но на единой платформе, встроенной в недорогие кремниевые чипы. Суть идеи заключается в том, что все беспроводные протоколы реализуются с помощью одного набора компонент, встроенных в компьютерный чип. Чтобы достичь подобной цели, аналоговые радиочастотные и логические части радиоустройств должны "уметь" автоматически перестраиваться для адаптации к разным сетям и протоколам.
Естественно, Intel не одна разрабатывает такую перспективную технологию — свои наработки есть у лидеров телекоммуникационного рынка — компаний Texas Instruments и Motorola, уже несколько лет работают в этом направлении Sandbridge, General Dynamics и Analog Devices. Компания PicoChip недавно предложила программно-интеллектуальную платформу для базовых станций сотовых сетей. Сегодня базовая станция предназначена для работы в одном-единственном стандарте, и процесс смены стандарта или его обновления долог, дорог и сложен. С программно-интеллектуальным радио, наоборот, все происходит легко и просто: не надо менять никакого оборудования, необходимые операции можно совершить в операционном центре.
"Бесплатное радио Intel", предоставляющее пользователям беспроводную свободу, базируется на трех китах — новых аппаратных разработках, обновленном программном обеспечении и свободном, нелицензируемом радиоспектре.
Эволюция на аппаратном уровне
Чтобы интегрировать возможности беспроводной связи в каждое полупроводниковое устройство, корпорация Intel предлагает использовать преимущества производства стандартных CMOS-полупроводников (complimentary metal-oxide semiconductor). Большие объемы и низкие издержки этого производства сделают "Бесплатное радио Intel" простым и удобным для конечных пользователей. Подход к архитектуре программно-интеллектуального радио основан на использовании набора специальных элементов с определенными вычислительными функциями. Программируя различные связи между ними, можно реализовать все необходимые протоколы радиосвязи. При этом технология MEMS (micro-electrical mechanical systems) позволяет существенно уменьшить размер и стоимость пассивных компонентов, необходимых в электрической радиоцепи.
Еще одна область, в которой ведутся исследования и разработки, — использование так называемых "умных антенн", позволяющих с помощью специальных каскадов усиливать радиосигнал, а также концентрировать его в ограниченном телесном угле, что не только улучшает качество приема, но и снижает возможность помех со стороны других передатчиков.
Применение технологии "умных антенн" приводит к более эффективному использованию частотного спектра, увеличению пропускной способности сети и ее емкости при одновременном уменьшении интерференции в переполненном частотном спектре.
Сочетание всех этих технологий позволит реализовать идею "гибкого радио" — устройства, способного выбирать в зависимости от ситуации тот радиопротокол и ту частоту, которые ему удобнее использовать в данный момент. Такое решение значительно приблизит тот день, когда универсальный интеллектуальный роуминг перестанет быть уделом фантастов.
Идея приближается к своему реальному воплощению
Исследователи из лаборатории цепей Circuit Research Lab (CRL) корпорации Intel в Хиллсборо (штат Орегон) в сотрудничестве с лабораторией коммуникационных технологий уже разработали и изготавливают ключевые блоки для цифрового процессора автоматически перестраиваемого радио. Вместо того, чтобы дублировать контуры цепей для обеспечения работы на нескольких частотах и в нескольких стандартах, исследователи создали перепрограммируемые цепи, которые с помощью программного обеспечения позволяют реализовывать различные варианты беспроводных коммуникаций.
Исследователи подразделения Corporate Technology Group разрабатывают вычислительную архитектуру и логику для выполнения этих требований. Архитектура для процессорной подсистемы будет содержать комбинацию вычислительных элементов, организованных в сеть, оптимизированную для адекватного функционирования и масштабируемости.
16-битный чип усилителя, разработанный исследователями Intel в рамках проекта Paragon, совершает миллиард операций в секунду и потребляет энергию мощностью всего 22 мВт. Он сделан по 90-нм технологии для CMOS-полупроводников и занимает площадь 0,03 мм2. Это один из наиболее высоких показателей, достигнутых за всю историю развития микропроцессоров.
Гибкая программная среда
Комитет по совместимости (NTFI — National Task Force on Interoperability) выпустил подробный документ с анализом возможности организации единой радиосвязи между различными государственными стру-ктурами в периоды острой на то необходимости. Коммуникационная индустрия стала активно искать пути создания радио, адаптированного для нескольких частотных диапазонов, "понимающего" различные протоколы передачи данных, перестраивающегося в процессе работы и способного к простой модернизации, и все это — в одном устройстве.
Однако, несмотря на колоссальный прогресс в CMOS-полупроводниках и других технологиях, встроить радио в чипы оказывается совсем не просто.
Дело в том, что радио — это аналоговая структура, работающая на частотах и с напряжениями, не являющимися дискретными, а изменяющимися непрерывно в каком-то диапазоне. Разработчики столкнулись с нетривиальной проблемой: как превратить аналоговые величины в цифровые. К счастью, у них уже был накоплен определенный опыт решения аналогичных задач.
Например, создавая технологию "беспроводного Интернета на чипе", инженеры Intel преодолели существенные сложности, связанные с различными путями оптимизации процессов производства коммуникационных и вычислительных устройств. Вместо того, чтобы идти независимыми путями при создании отдельных чипов для коммуникаций, вычислений и памяти, они использовали последние достижения в области создания флэш-памяти и объединили цифровые и аналоговые возможности.
Не меньших успехов добились разработчики ARA (Adap-tive Radio Architecture — архитектура адаптивного радио) — набора программ, который поддерживает целый ряд систем коммуникаций — как проводных, так и беспроводных. Эта программная платформа будет развиваться и вскоре сможет поддерживать как "гибкое радио", способное выбирать нужный сигнал из широкого диапазона частот, так и "подстраиваемое радио", которое будет запрограммировано на самостоятельный поиск нужного сигнала. Эту интеллектуальную платформу с широким кругом возможностей называют программно-определенным радио (SDR, software-defined radio).
Гибкая программная архитектура SDR обеспечивает пользователю возможность работы с различными протоколами передачи данных, быстрой перестройки и модернизации. Ноутбуки, сотовые телефоны и карманные компьютеры, снабженные таким программным обеспечением, смогут динамически программироваться для перестройки. Другими словами, одни и те же детали оборудования в таких устройствах смогут выполнять различные функции при различных обстоятельствах. Кроме того, многие функции будут исполняться программно.
Три кита адаптивности
Первая — адаптивность к физическим условиям. Прежде, когда связь была проводной, условия соединения по установленному каналу практически не менялись с течением времени.
При организации беспроводной связи на многокилометровых расстояниях приходится считаться с тем, что физические условия между приемником и передатчиком постоянно меняются, и это делает связь нестабильной.
При помощи системы "умных антенн" и режима работы MIMO (Multiple Input Multiple Output) качество связи повышается многократно, а энергопотребление снижается в миллион раз! Суть метода в том, что сигнал передается не с одного передатчика на один приемник, а делится между четырьмя передатчиками и четырьмя приемниками. Такое дробление позволяет избежать потери качества связи и позволяет усиливать передающийся сигнал, причем в определенном направлении распространения сигнала.
Вторая сфера — адаптивность к сети. Любой из нас не раз попадал в ситуацию, когда необходимо было перезагрузить сеть, поскольку множественное обращение пользователей к одной точке доступа снижало скорость передачи данных у каждого из них в отдельности. Intel предлагает иной способ организации связи — посылать информацию не сразу к требуемой точке доступа, а "от соседа к соседу", резко повышая пропускную способность беспроводной сети. Кроме того, при организации беспроводной сети надо стремиться увеличить число беспроводных точек доступа в ней и максимально уменьшить число точек с проводным доступом, поскольку беспроводные точки проще устанавливать, и они дешевле стоят.
Наконец, третье направление — адаптивность к пользователям. Уже на осеннем Форуме Intel для разработчиков в Сан-Хосе был продемонстрирован образец нового класса мобильных устройств — "универсальный коммуникатор". Было показано, как при перемещении устройства по залу оно в режиме интеллектуального роуминга переключается из стандарта 802.11 в сотовую сеть GSM, а затем переходит на технологию GPRS. При этом на экране коммуникатора сохранялось качественное видеоизображение, передаваемое в режиме реального времени.
По материалам пресс-центра КГ
Подготовил Дмитрий Саевич
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 47 за 2003 год в рубрике hard :: технологии
