Будет ли технология pCell сверхскоростным будущим беспроводной связи?

Стив Перлман, парень, который стоит у истоков WebTV и OnLive, представил свою следующую инновацию, которая (мы надеемся) изменит облик всей индустрии. Речь идет о беспроводной технологии pCell. Если верить первым демонстрациям, pCell должна основательно решить проблему нехватки частот в спектре, давая возможность каждому мобильному устройству работать со всей полосой частот, которую предоставляет базовая станция, независимо от степени загруженности последней. Это может позволить увеличить пропускную способность в 1000 раз. Сейчас Перлман и его новая компания под названием Artemis ищут стратегических партнеров чтобы вывести технологию pCell на рынок. Возможно мы наблюдаем за крупнейшей революцией в сфере беспроводных коммуникаций. Однако прежде чем начинать праздновать, нужно сначала разобраться с некоторыми серьезными вопросами относительно эффективности и расширяемости этой технологии.

Сегодня ситуация такова, что количество людей/устройств имеющих возможность одновременно использовать некоторую полосу частот ограничено. Возьмем, например, ваш телефон с LTE и контрактом от Verizon. Ближайшая базовая станция дает вам возможность воспользоваться полосой примерно в 10МГц. С учетом применения различных технологии, вроде формирования диаграммы направленности, MIMO и мультиплексирования, в эти 10МГц можно уместить кучу устройств. Но так или иначе, в один прекрасный момент на одной и тоже же частоте сталкивается слишком много волн, и сильнейшая интерференция делает работу сети невозможной (Теорема Шеннона — Хартли). Для того, чтобы попытаться улучшить ситуацию, беспроводные протоколы используют систему разделения на «тайм слоты», в которой каждый пользователь ждет своей очереди для того, чтобы переслать пакет данных. Логично что при этом задержка растет, а пропускная способность падает. Вы вероятно, уже сталкивались с такой перегрузкой на конференциях и крупных спортивных событиях.

Такая перегрузка — самая большая уязвимость беспроводных сетей. Ее степень можно снизить, расширяя полосу рабочих частот, однако свободных мегагерц не так уж и много. Особенно это касается крайне важной нижней части спектра, где работают коммерческие беспроводные сети. Как показано на диаграмме выше, составленной FCC (Federal Communications Commission — прим. переводчика), дела будут становится все хуже, по мере того, как наша жажда передачи мобильной информации будет расти.

Сотовая сеть pCell, судя по ее описанию, прекрасно себя чувствует в подобной среде с сильной интерференцией. Название pCell обозначает Personal Cell (Персональную соту — прим. переводчика), однако здесь наверняка не обошлось без отсылки к имени создателя (Perlman). pCell основывается на технологии, которая называется Distributed-Input-Distributed-Output (DIDO, распределенный-ввод-распределенный-вывод — прим. переводчика), разработку которой Перлман ведет уже на протяжении длительного времени, впервые показав ее в 2011 году. Ее реализация достаточно сложна, поэтому мы попробуем упростить ее описание.

В обычной (упрощенной) модели беспроводной сети, у вас есть конечная точка (ваш ноутбук, смартфон или планшет), некая беспроводная точка доступа и удаленный сервер, на который вы пытаетесь зайти (веб-сайт, Spotify или что-либо еще). Когда вы заходите на сайт, пакет данных отправляется с вашего ноутбука на маршрутизатор, а оттуда на веб-сайт. После этого данные с веб-сайта проделывают обратный путь от веб-сайта до вашего ноутбука через маршрутизатор. В сети DIDO есть дополнительный облачный сервер, который находится в дата-центре. Перед тем, как попасть на веб-сервер, данные проходят через специальный DIDO-маршрутизатор (который называется pWave). У каждого устройства в системе при это должен быть специальный DIDO-ресивер. DIDO-сервер забирает данные с веб-сайта и генерирует специальный радиосигнал, структура которого позволяет DIDO-ресиверу вашего ноутбука принять его. После этого сигнал попадает на pWave, который уже обычным способом передает его вашему устройству.

Однако настоящее волшебство начинается, когда большое количество пользователей беспроводных устройств получают информацию с одного и того же DIDO-сервера. Говоря простым языком, вместо того, чтобы, в целях борьбы с интерференцией, отправлять один сигнал в единицу времени, DIDO-сервер отправляет несколько специальных сигналов в одно и то же время. Эти сигналы не создают интерференцию, а складываются друг с другом в принимающих устройствах. Поэтому, если в одном и том же месте есть 10 устройств, они примут все 10 DIDO-сигналов одновременно, сложат их, и, каким-то образом, получат информацию предназначенную именно для них. Перлман говорит, что математика этого процесса «невероятно сложна».

Теоретически, DIDO дает любому пользователю беспроводных устройств в данном месте полноценный доступ ко всему спектру частот, без необходимости делить его с кем-то еще. На видео сверху вы можете увидеть, что DIDO довольно хорошо работает в условиях лабораторных тестов, при этом, согласно, официальной информации, «было разработано множество дизайнерских решений, предназначенных для внедрения DIDO на практике и масштабирования системы до любых размеров.» Перлман говорит, что первые публичные испытания технологии pCell пройдут сегодня в Columbia University. В теории, если DIDO заработает, можно будет говорить об одной из самых крупных революций, когда-либо случавшихся в системах WiFi и сотовой связи.

На практике, нужно будет еще проверить, сможет ли pCell на самом деле работать в реальных, боевых условиях. Как вы наверное уже заметили, в DIDO системе, каждый пакет данных должен пройти через DIDO-сервер, точку доступа DIDO, и быть принятым DIDO-ресивером или антенной. В настоящий момент, как показано на видео сверху, Перлман и Artemis используют много оборудования собственного изготовления, а также компьютеры и серверы, работающие на Linux’e и специальном DIDO-ПО. Перлман утверждает, что технология будет дешевой в развертывании, но верится в это с трудом, ведь при коммерческом развертывании системы почти весь набор оборудования от дата-центров до базовых станций, беспроводных маршрутизаторов и смартфонов нужно будет обновить для того, чтобы они смогли работать с DIDO. И я готов поспорить, что Artemis постарается стать единственным поставщиком DIDO-серверов.

Речь идет о слишком серьезных требованиях, учитывая тот факт, что Перлман еще даже не раскрыл секретную математическую приправу которой он заправляет DIDO. Ему потребуется очень много времени для того, чтобы превратить эту технологию в стандарт, такой, например, как 802.11 или LTE. Возможно даже, что этого никогда не случится. Перлману и Artemis следует предоставить гораздо больше информации о технологии, а после этого убедиться что отрасль в целом уверена в ней. До тех пор, пока крупные игроки вроде Samsung’a или Qualcomm’a не начнут работать с этим проектом, его судьба останется под сомнением. Лично я считаю, что нам следует с большим оптимизмом относится к технологиям передачи данных, которые не требуют замены всего набора оборудования. Таким, например, как эта, которая изменяет вид радиоволны.