Эра спутников

Когда в 1957 году «Спутник-1» передал на Землю первые сигналы, обозначилась возможность использования сверхвысоких точек передачи с сопоставимыми зонами покрытия. Уке в 1960 году NASA запустило спутник Echo 1 — надувной шар из синтетической полиэфирной пленки, способный отражать сигналы на Землю.

(Это была вариация на тему разрабатывавшейся ранее идеи отражения сигналов от Луны.) В июле 1962 года вышел на орбиту Telstar — первый активный телекоммуникационный спутник, который впервые обеспечил проведение прямой трансатлантической телевизионной трансляции. Затем последовало быстрое принятие конгрессом США закона о спутниках связи и создание Корпорации телекоммуникационных спутников — COMSAT. Не случайно именно тогда выражение Маршалла Макпюэна «глобальная деревня» вошло в плотные спои общественного сознания. В последующие десятилетия спутники постепенно покрыли весь небосвод.

Немногим выше ионосферы, на высоте от 200 до 2 ООО километров от поверхности Земли, сегодня оперируют телекоммуникационные спутниковые системы с низкой околоземной орбитой (НОО). На спутниках системы НОО установлены ретрансляторы, которые получают сигнал с наземных передатчиков и преобразуют его в сигнал для наземных же приемников или других спутников. (Ретранслятор — это устройство, принимающее сигнал и передающее его в каком‑либо виде обратно.) Первые системы НОО Iridium и Globalstar были с большой (и, возможно, преждевременной) помпой запущены в 1990–х, чтобы вывести принцип сотовой связи на орбитальный уровень и создать беспроводную систему передачи голоса и данных с глобальным покрытием. Так называемые малые системы НОО, вроде OrbComm, используются для поисковой связи, трекинга и решения других прикладных задач с участием небольших пакетов данных. Большие системы НОО, такие как Globalstar, работают на более высоких частотах, поддерживают более высокую скорость передачи данных и способны обеспечивать голосовую связь и определение местонахождения.

Для предоставления этих сервисов в любой точке земной поверхности покрьп’ие систем НОО должно охватывать всю планету. Поэтому они особенно важны для удаленных и малонаселенных территорий, которые не спешат обслуживать операторы прочих типов инфраструктуры. Более того, в этих районах у них обычно наблюдается избыток мощностей, который может бьпъ — по крайней мере в принципе — направлен на цепи образования и поддержки экономического развития.

Далее, на высоте от 5 ООО до 12 ООО километров, находятся спутниковые системы средневысокой околоземной орбиты (СОО), такие как ICO. Они работают по тому же принципу, что и НОО, но иначе выстраивают баланс технических условий. Этим системам реже приходится переключать пользователя с одного спутника на другой, но зато им нужен более мощный сигнал, а удаленность от Земли сказывается в большей задержке связи.

Еще выше, примерно в 35 ООО километрах, располагаются геостационарные телекоммуникационные спутники. В отличие от спутников НОО и СОО они занимают постоянную позицию относительно поверхности Земли — примерно как очень высокие телебашни. Они обеспечивают покрьп’ие огромных территорий земной поверхности, что чрезвычайно эффективно для телевизионного вещания; однако их использование для связи между двумя абонентами экономически неоправданно. Кроме того, сигнал поступает с задержкой, весьма заметной при синхронной голосовой или видеосвязи. Предложенный Артуром Кларком в 1945 году принцип был впервые реализован в апреле 1965 года с запуском Intelsat 1, и с тех пор спутники подобного типа стали чрезвычайно распространенными. Целые кластеры таких устройств висят теперь над самыми густонаселенными частями планеты, обеспечивая голосовую связь, цифровое видео (например в системе DBS) и доступ в интернет в таких сервисах, как DirectPC и Starband.

Очевидно, что различные типы спутниковых систем конкурируют между собой и с наземными беспроводными системами25. Геостационарный спутник обеспечивает беспрерывное покрьп’ие огромной территории, но со значительными ограничениями возможностей и мощностей. Первоначальная стоимость спутниковых систем НОО очень высока, и на их развертывание нужно больше времени, но они перспективны с точки зрения технических преимуществ и эффективности. Наземные системы сравнительно недороги и могут расширяться по мере необходимости; если это происходит за достаточно короткий срок, пока новая спутниковая система только планируется и запускается, большая часть потенциального рынка услуг достается именно им (в чем, к своему несчастью, убедились разработчики системы Iridium). В долгосрочной перспективе спутниковые системы, скорее всего, займут важные ниши на рынке беспроводных сервисов (такие как GPS, глобальная поисковая связь и сервисы для малонаселенных сельских районов), но универсального решения предоставить не смогут.

Освоение электромагнитной целины

От микроскопических беспроводных устройств, передающих сигнал на сантиметры, до геостационарных спутников с широчайшим покрытием — беспроводной мир вьет вокруг себя все более плотный, многослойный кокон из антенн, точек доступа к сети, ретрансляционных пунктов и каналов. По мере внедрения телекоммуникационных стандартов и протоколов различные виды физических каналов все плотнее интегрируются в обширную непрерывную систему потрясающей сложности. Сегодня каждая точка на поверхности Земли — это часть волнового ландшафта, определяемого бесчисленными трансляциями, а также их отражениями и помехами. Электромагнитная территория, которую мы создали и продолжаем развивать, состоит из передатчиков и мертвых зон, районов уверенного приема и экранированных пространств, сот, через которые проходит сигнал, и перегруженных сот, не поддерживающих соединения; сигналов различной кодировки, создающих друг для друга помехи, и мультиплексированных сигналов, специально устроенных так, чтобы не мешать друг другу; зон глушения, клеток Фарадея и нескончаемого потрескивания электромагнитных шумов26. Это весьма сложный, невидимый ландшафт, угадываемый лишь по наличию антенн (а иногда по нарисованным мелом символам, отмечающим незащищенные точки доступа)27, исследовать который можно, выйдя или выехав на разведку с беспроводным ноутбуком.

Ландшафт этот определяет сложную геополитику и политэкономию беспроводного покрытия. На любом из его уровней идет конкуренция за доступ к потребителям, точки установки антенн, таймслоты и емкость каналов28. Как королевства и империи древности боролись за контроль над территориями, те, кто стремится к власти сегодня, оспаривают друг у друга радиоволны.

Одна из геополитических стратегий, берущая начало в подходах традиционной телефонии, радио- и телевещания, состоит в том, чтобы воспринимать диапазоны как пограничные, недавно завоеванные земли. Правительство делит их на куски и распродает — как это происходило на проводившихся во многих странах аукционах частот для телефонной связи третьего поколения. Это облегчает всестороннее, управляемое сверху планирование. Но в итоге ответственность за обеспечение покрытия сосредотачивается в руках нескольких обладателей лицензий, что провоцирует развитие централизованных сетей. Вся информация в них проходит через несколько коммутационных центров, которые по мере роста числа пользователей становятся все более перегруженными. Кроме того, аукционы частот нередко затормаживают распространение услуг, поскольку обременяют владельцев лицензий гигантскими долгами.

Сторонники альтернативной стратегии учли опыт развития интернета и понимают спектр частот как общественный ресурс, как общинные выгоны в традиционной деревне или же как землю, отданную под вольное заселение. При условии соблюдения нескольких правил пользоваться частотами может всякий. Такая стратегия зависит от наличия непицензируемого диапазона и обычно подразумевает использование беспроводных, иногда многоскачковых технологий небольшого радиуса действия. В такой ситуации картина получается запутанней, обеспечить адекватную защиту тут сложнее, а риск использования ресурса немногими за счет многих значительно выше, но эта стратегия имеет несколько важных преимуществ. Она позволяет децентрализованное развитие беспроводных сетей снизу вверх — подобно пакетной коммутации и семейству протоколов TCP/IP, которые когда‑то обеспечили бурный низовой рост глобальной проводной сети. Кроме того, она способствует появлению децентрализованной сети с избыточной связностью, а это подразумевает, что вновь добавляемые каналы могут увеличить емкость, не перегружая центральные узлы.

Есть, однако, вот еще какой аспект. Поскольку беспроводной диапазон — это нематериальный, управляемый электроникой ресурс, его (в отличие от земли) можно быстро и автоматически перераспределять в соответствии с изменившимися потребностями. Такое положение открывает возможности для создания плотных беспроводных сетей, в которых узлы в реальном времени согласовывают применение тех или иных частот для максимально эффективного использования диапазона29. Весьма вероятно, что это станет ключом к будущему развитию беспроводных сетей в густонаселенных районах. Самый радикальный сценарий состоит в том, что сооружение беспроводной инфраструктуры может стать вирусным, неконтролируемым процессом. При наличии одного стандарта, такого как 802.11, и невысокой стоимости узлов беспроводного соединения пользователи могут встраивать узлы по собственной инициативе. С помощью многоскачковых технологий мобильные и импровизированные беспроводные узлы могут по цепочке подсоединяться к стационарной инфраструктуре. Положительное влияние сетевого эффекта вместе с подходящей сетевой архитектурой могут резко ускорить процесс расширения, так как каждый новый узел будет повышать ценность существующих.

В этой ситуации обнаруживаются явные параллели со стратегиями городского развития. Правительство может разбить территорию на большие участки для строительства районов в соответствии с генеральным планом, а может установить общие правила для подразделения и развития территории, что будет содействовать возникновению множества небольших, независимо инициируемых и управляемых проектов. На практике города чаще всего возникают из сочетания этих двух подходов — то же, по всей видимости, ждет и нашу электромагнитную целину.