Další krok: přepojování okruhů, nebo přepojování paketů?

Datové přenosy rychlostí 9,6 kbsp nebo 14,4 kbps, popisované v předchozích článcích, jsou v zásadě standardním využitím mobilní sítě GSM: standardním alespoň v tom smyslu, že to co je původně používáno pro přenos jednoho (hlasového) hovoru, tedy jeden hovorový kanál resp. slot, je používáno pro jeden datový přenos. Jak jsme si již také naznačili, vyšší rychlosti až do nepřekročitelné hranice 22,8 kbps sice připadají v úvahu, ale pouze v podmínkách dostatečně kvalitního příjmu signálu a nikoli v celé buňce.

Cesta k dalšímu zrychlování se proto musí ubírat jinudy. Jednou z možností by určitě bylo předělat celou koncepci GSM sítě, zejména odstranit rozdělení dostupných frekvenčních kanálů (přidělených rozsahy frekvencí) pomocí časového multiplexu a využívat je jiným způsobem, například jako dále nedělené celky. Tím by se zřejmě zmenšila i celková režie na fungování sítě a dosáhlo se vyšších přenosových kapacit - ovšem za cenu toho, že už to bude úplně jiná síť než stávající síť GSM (a navíc je pravděpodobné, že by takováto síť nedokázala vystačit s relativně malým počtem frekvenčních kanálů, které má k dispozici).

Chceme-li zůstat u sítě GSM a nenarušit její celkovou koncepci a fungování (včetně zachování její schopnosti přenášet hlas), pak nemůžeme "hýbat" s existující strukturou slotů, rámců a multirámců. Jediné co můžeme, je efektivněji využívat ty volné sloty, kterými síť momentálně disponuje (neboli které nejsou právě využívány ani pro přenos hlasu, ani pro jiný přenos dat). Není jistě těžké uhádnout, že když jeden slot je schopen reálně nabídnout nejvýše rychlost 14,4 kbps, pak jedinou možností jak přenášet data rychleji je používat více volných slotů najednou, neboli rozkládat je na více částí, které pak budou přenášeny samostatně, jednotlivými sloty. Není to ostatně myšlenka nijak nová, ve světě počítačů se používá již delší dobu a obecně se jí říká striping (což lze volně přeložit jako "rozstříhání na proužky"). Lze se s ní setkat například u diskových polí, tvořených více diskovými jednotkami - při stripingu jsou data mezi ně rozkládána takovým způsobem, aby se využívalo paralelního čtení či zápisu na jednotlivé disky, a tím se celková rychlost práce s daty efektivně zvyšovala na příslušný několikanásobek rychlosti čtení či zápisu na jeden diskový svazek.

Vraťme se ale zpět k sítím GSM a jejich slotům: budeme-li jich používat více současně, pak opět máme více různých možností jak tak činit. V praxi se lze setkat hlavně se dvěma možnostmi, které můžeme chápat jako dva krajní případy:

• pro potřeby komunikace dvou stran se pevně vyhradí určitý počet slotů z těch, které jsou momentálně k dispozici, a tyto sloty jsou komunikující dvojici vyhrazeny po celou dobu jejich komunikace (a teprve poté jsou uvolněny). Jak záhy poznáme, na tomto principu je založena technologie HSCSD (High Speed Circuit Switched Data).
• druhá možnost vychází z toho, že žádné sloty nebudou trvale vyhrazeny. Pokud v určitém okamžiku vznikne potřeba využít přenosových schopností určitého počtu slotů, tyto jsou použity a bezprostředně poté jsou stejné sloty zase uvolněny a mohou být využity po potřeby jiného přenosu. Na tomto principu je založena technologie GPRS (General Packet. Radio Service)

Abychom správně pochopili a docenili obě varianty i s jejich přednostmi a zápory, upřesněme si poněkud jejich podstatu. Rozdíl mezi oběma variantami je totiž v zásadě stejný, jako tolik popularizovaný a snad ve všech učebnicích počítačových sítí popisovaný rozdíl mezi přepojováním okruhů (circuit switching) a přepojováním paketů (packet switching). Pokud vám tyto pojmy nic neříkají, pak jde o rozdíl mezi způsobem fungování telefonní a počítačové sítě.

HSCSD a přepojování okruhů

V případě tzv. přepojování okruhů (podle kterého funguje klasická telefonní síť, ale třeba také GSM síť, pokud jde o přenos hlasu či dosud popisovaný přenos dat) jde o to, že zde vzniká určitá analogie "souvislé roury": mezi oběma komunikujícími stranami je vytvořena a vyhrazena souvislá přenosová cesta, která má určité vlastnosti (zejména "šířku", neboli propustnost). Po takovéto přenosové cestě je pak možné přenášet data která mohou, ale také nemusí být jakkoli specificky členěna - lze vyjít z představy, že co se z jedné strany do "roury" vloží, to se z druhé strany zase následně odebere, takže na nějaké struktuře nezáleží. Mohou to tedy být jednotlivé bity či byty, nebo nějaké větší celky. Tato data se přitom nikde po cestě "nezdržují" (nikde se dočasně neskladují), a to pak spolu s konstantní "šířkou" roury (konstatní přenosovou kapacitou) znamená, že přenášená data mohou být doručována pravidelně, jsou-li také pravidelně generována a zadávána k přenosu.

V praxi je takovýto přenos fungující na principu přepojování okruhů vhodný pro pravidelné a rovnoměrné přenosy dat a dokáže vyhovět i potřebám multimediálních přenosů (například přenosům zvuku a obrazu, které jsou citlivé na pravidelnost doručování).

Neméně důležitým aspektem je i způsob účtování za poskytnuté služby. V případě přepojování okruhů je vše principiálně jednoduché - platí se za dobu, po kterou existuje spojeni, neboli po kterou je "přenosová roura" komunikujícím stranám vyhrazena (a v závislosti na jejích parametrech, zejména na "šířce", resp. propustnosti) - bez ohledu na to, zda a v jaké míře je tato "roura" skutečně využívána.

Je to přesně stejné, jako placení za telefonní hovor: platíte úměrně jeho délce v čase, bez ohledu na to kolik toho s druhou stranou namluvíte. Stejně je tomu i při placení za "standardní" (dosud popisované) datové přenosy v rámci GSM, i zde platíte podle časové délky spojení a nikoho nezajímá kolik dat skutečně přenesete.

Technologie HSCSD, kterou si záhy popíšeme podrobněji, funguje také na principu přepojování okruhů: oběma komunikujícím stranám je zde vyhrazeno více slotů současně a platí se za dobu, po kterou jsou tyto sloty vyhrazeny (tj. za dobu po kterou existuje spojení).

HSCSD u nás v současné době nabízí pouze Eurotel, v provedení které bude popsáno dále. Jeho cenová politika je v době psaní článku taková, že si za použití více slotů v rámci HSCSD (konkrétně až 4 slotů) účtuje stejně, jako za standardní datové přenosy rychlostí 14,4 či 9,6 kbps: přesně 2 koruny za minutu.

GPRS a přepojování paketů

V případě tzv. přepojování paketů, podle kterého fungují všechny počítačové sítě, musí být data před přenosem nejprve vhodně "naporcována" do určitých celků, kterým můžeme říkat pakety. Tyto pakety jsou pak přenášeny vždy celé a musí být opatřeny vhodnou identifikací svého příjemce.

Pokud jde o přenosové kapacity, které jsou k dispozici, tyto nejsou nikomu trvale vyhrazovány, ani nejsou nijak specificky děleny (tak aby se někomu vyhradila příslušně velká část). Místo toho jsou všechny dostupné přenosové kapacity ponechány "na jedné hromadě" a jsou postupně, maximálním možným tempem, využívány k přenosu paketů zadaných k odeslání. Nejlépe je si představit, že pakety od všech odesilatelů, zadané k odeslání, se zařadí do jedné společné fronty a z ní jsou pak postupně odesílány, jakmile na ně dojde řada (už tušíte, proč musí být opatřeny identifikací svého příjemce?).

Takovéto řešení, na kterém je postavena i technologie GPRS, má několik významných výhod: především přenosové kapacity jsou využívány maximálně efektivně, těmi kteří skutečně potřebují něco přenést, a naopak nejsou blokovány těmi, kteří zrovna nic přenášet nepotřebují. To je zásadní odlišnost od předchozí varianty s přepojováním okruhů: zde byla každé komunikující dvojici vyčleněna a vyhrazena taková část celkové přenosové kapacity, o jakou požádali (a jakou si zaplatili), bez ohledu na míru, v jaké ji skutečně využívají. Zde zůstává veškerá přenosová kapacita společná, a v praxi dokáže celkově přenést podstatně více dat.

Další podstatnou výhodou, která z principu přepojování paketů vyplývá, je způsob zpoplatňování. Jelikož zde není nikomu nic trvale vyhrazeno, pak ani nemá cenu za něco platit podle toho, jak dlouho to kdo má k dispozici (tedy podle délky spojení). Místo toho lze u této varianty zpoplatňovat uživatele podle toho, do jaké míry skutečně využívají přenosových schopností sítě - nejspíše podle toho, kolik toho přenesou (tj. podle objemu skutečně přenesených dat). Celková "cenová hladina" za služby na bázi přepojování paketů přitom může být nižší, než za "srovnatelné" služby fungující na principu přepojování okruhů - důvodem je skutečnost, že služby jako GPRS efektivněji využívají nejdražší zdroj který mobilní operátoři mají (přidělené frekvence, a v závislosti na nich i celkovou dostupnou přenosovou kapacitu). Operátoři pak mohou poskytovat se stejnými zdroji větší objemy služeb, a díky mají možnost jít s cenami dolů - ale praxe samozřejmě může být jiná, i vzhledem k tomu že nezbytné úpravy mobilní sítě pro poskytování těchto služeb také mají své náklady.

Co ale pro praxi znamená zpoplatňování podle objemu přenesených dat? Například to, že se vás nikdo nebude ptát, jak dlouho jste k něčemu připojeni (třeba k Internetu). To otevírá opravdu zajímavé možnosti, které si naznačíme, v samostatném článku této cover story, věnovaném technologii GPRS.