Разработка методики интерактивного управления презентациями на основе протоколов Bluetooth

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Пояснительная записка содержит 112 страница текста, 8 таблиц, 9 рисунков, 28 формул, 3 приложений, 16 источник.

виртуальный презентация bluetooth демонстрация

Введение

В рамках данного дипломного проекта реализована возможность удаленного интерактивного управления виртуальными трехмерными презентациями, которая реализована посредством клиент-серверной системы дистанционного управления на основе протоколов Bluetooth связи с помощью мобильных средств связи (сотового или спутникового телефона, смартфона, palm-компьютера, коммуникатора или ноутбука), оснащенных Bluetooth модулем. Разработанная технология позволяет настраивать мобильные средства связи на выполнение различных действий не только с разнообразными программными приложениями на компьютере с операционной системой Windows XP, но и с объектами виртуальных трех- и двухмерных сцен, специально создаваемых и существующих Web-презентаций в рамках поддержки новых технологий представления виртуальных музеев, галерей, экспозиций, выставок, Интернет-магазинов, рекламных сайтов и т.д. Система позволяет осуществлять управление как отдельными объектами, так и всей сценой в целомна расстоянии до 100 метров (в соответствии с техническими возможностями Bluetooth устройств и существующими протоколами Bluetooth связи) без помощи клавиатуры и мыши, что подтверждает актуальность темы дипломного проекта для различных облаятей человеческих знаний, например, в области культуры (для создания виртуальных музеев и т.д.), в области науки (для подготовки виртуальных презентаций и т.д.), в области медицины (для управления трехмерными моделями органов или изображениями, полученными посредством томографии, рентгена, УЗИ, ядерно-магнитного резонанса и т.д.), в области образования (для подготовки лекционных презентаций, виртуальных и дистанционных курсов и т.д.).

1. Анализ технического задания

Целью дипломного проекта является разработка методики интерактивного управления презентациями на основе протоколов Bluetooth связи с помощью разработанного программного приложения, которое предназначено для реализации управления трехмерным контентом при помощи мобильных средств связи, работающих в качестве устройства HID (human interface device).

Объектом дипломного проектирования является клиент-серверная система удаленного интерактивного управления мультимедийными трехмерными презентациями (клиентская часть) на основе протоколов Bluetooth связи с помощью мобильных средств связи (сотового или спутникового телефона, смартфона, palm-компьютера, коммуникатора или ноутбука), оснащенных Bluetooth модулем.

Назначение разработки - система разработана для демонстрации возможности просмотра и интерактивного управления 3D объектами виртуальной реальности и виртуальными сценами в целом с помощью мобильных средств связи на основе Bluetooth технологии в мультимедийных Web презентациях, создаваемых с использованием технологий Viewpoint и VRML, с целью ее применения в различных областях человеческих знаний.

Базовые требования и ограничения к проекту:

1 К аппаратному обеспечению:

· наличие у мобильных средств связи (сотового или спутникового телефона, смартфона, palm-компьютера, коммуникатора или ноутбука) внешнего или встроенного Bluetooth модуля;

· наличие у компьютера, на котором функционирует управляемое программное приложение, внешнего или встроенного Bluetooth модуля;

· использование компьютера классом не ниже Pentium 3 (ОЗУ 256 Мб, винчестер 20 Гб)

2 К программному обеспечению:

· операционная среда Windows 2000 и выше;

· клиент-серверная архитектура создаваемого программного обеспечения;

· наличие браузера IE со встроенными плагинами для просмотра VRML и Viewpoint сцен,

· использование для синтеза трехмерных управляемых сцен конструктора сцен системы Enliven в рамках базовой технологии Viewpoint.

3 К лингвистическому обеспечению:

· использования языков программирования VB script, Java script,

· использования языка представления виртуальной реальности VRML,

· использования языков Web презентаций - HTML, XML,

4 Технические требования и требования к эффективности:

· Стандарт Bluetooth протокола - 802.15.1;

· Частотный диапазон Bluetooth модулей - 2,4 ч 2,4835ГГц;

· Точность заданий частоты Bluetooth модулей (положение центра спектра) ± 75 кГц;

· Число доступных радиоканалов в частотной полосе - 79 радиоканалов;

· Ширина полосы пропускания радиоканалов - 1 МГц;

· Длительность временного слота для передачи кадров данных при мультиплексировании по времени (TDM) - 625 мкс;

· Быстродействие программы зависит от скорости Bluetooth передачи;

· Расстояние между мобильным средством связи и управляемой станцией в зависимости от мощности Bluetooth передатчика трех классов: 100 мВт - до 100 м с затуханием 20 дБм; 2 мВт - до 10 м с затуханием 4 дБм; 1 мВт ~10 см с затуханием 0 дБм.

Результатом дипломного проектирования является технология удаленного интерактивного управления объектами виртуальной реальности, которая была реализована посредством серверной части, установленной на презентационном оборудовании, клиентской части, загружаемой в мобильное средство связи и собственно устройство мобильной связи, выполняющее роль пульта дистанционного управления или HID-устройства (human interface device - устройства взаимодействия с человеком). Технология позволяет настраивать клавиатуру мобильного устройства на выполнение определенных действий с виртуальными объектами графических программных приложений, управлять сценами, объектами и самими приложениями на расстоянии без помощи клавиатуры и мыши. Виртуальная трехмерная сцена может быть реализована различными средствами, но для примера в дипломном проекте были выбран контент реализованный при помощи двух технологий: VRML и Viewpoint Experience Technology, которые на сегодняшний день являются ведущими технологиями отображения трехмерных объектов фотографического качества в сети Интернет в соответствии со стандартами web3D.

В процессе проделанной работы создано клиент-серверное приложение, которое осуществляет выше перечисленные действия. Преимущество и главное отличие данного приложения от существующих в том, что оно специализировано для интерактивного дистанционного управления контентом Web-презентаций с внедренными в него трехмерными объектами. Приложение имеет модульную структуру, что позволяет расширять его функциональные возможности, добавляя новые модули. Также приложение имеет дружественный интерфейс и поэтому доступно даже для малоопытного пользователя. С помощью программы возможно проведение презентаций одновременно на нескольких компьютерах. Приложение-сервер реализовано на языке VBScript, а приложение-клиент на языке Javascript.

2. Обзор и анализ мобильных средств вязи

2.1 Радиотелефонная связь

Первая система радиотелефонной связи, предлагавшая услуги всем желающим, начала свое функционирование в 1946 г. в г. Сент-Луис (США). Радиотелефоны, применявшиеся в этой системе, использовали обычные фиксированные каналы. Если канал связи был занят, то абонент вручную переключался на другой - свободный канал. Аппаратура была громоздкой и неудобной в использовании.

С развитием техники системы радиотелефонной связи совершенствовались: уменьшались габариты устройств, осваивались новые частотные диапазоны, улучшалось базовое и коммутационное оборудование, в частности, появилась функция автоматического выбора свободного канала (trunking). Но при огромной потребности в услугах радиотелефонной связи возникали и проблемы.

Главная из них - ограниченность частотного ресурса: число фиксированных частот в определенном частотном диапазоне не может бесконечно увеличиваться, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами начинают создавать взаимные помехи.

Ученые и инженеры разных стран пытались решить эту проблему. И вот в середине 40-х годов исследовательский центр Bell Laboratories американской компании AT&T предложил идею разбиения всей обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами, (от англ. cell -- ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без всяких взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке (соте).

Но прошло более 30 лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. Причем в эти годы разработка принципа сотовой связи велась в различных странах мира не по одним и тем же направлениям.

Еще в конце 70-х годов начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для 5 североевропейских стран -- Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, который получил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г. Но еще на месяц раньше система сотовой связи стандарта NMT-450 вступила в эксплуатацию в Саудовской Аравии.

Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, который позволил расширить функциональные возможности системы и значительно увеличить абонентскую емкость системы.

В 1983 г. в США, в районе Чикаго, после ряда успешных полевых испытаний вступила в коммерческую эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), Этот стандарт был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories.

В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS. В 1987 г. в связи с резким увеличением в Лондоне числа абонентов сотовой связи была расширена рабочая полоса частот. Новая версия этого стандарта сотовой связи получила название ETACS (Enhanced TACS).

Во Франции, в отличие от других европейских стран, в 1985 г. был принят стандарт Radiocom-2000. С 1986 г. в скандинавских странах начал применяться стандарт NMT-900.

Все вышеперечисленные стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи. Аналоговыми эти системы называются потому, что в них используется аналоговый способ передачи информации с помощью обычной частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции, как и в обычных радиостанциях. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

Кроме этого, использование различных стандартов сотовой связи и большая перегруженность выделенных частотных диапазонов стали препятствовать ее широкому применению. Ведь иногда по одному и тому же телефону было невозможно из-за взаимных помех разговаривать даже абонентам, находящимся в двух соседних странах (особенно в Европе). Увеличить число абонентов можно было лишь двумя способами: расширив частотный диапазон (как, например, это было сделано в Великобритании -- ETACS) или, перейдя к рациональному частотному планированию, позволяющему гораздо чаще использовать одни и те же частоты.

Использование новейших технологий и научных открытий в области связи и обработки сигналов позволило подойти к концу 80-х годов к новому этапу развития систем сотовой связи -- созданию систем второго поколения, основанных на цифровых методах обработки сигналов.

С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г. Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) -- организация, объединяющая администрации связи 26 стран, -- создала специальную группу Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту (позднее, в связи с широким распространением этого стандарта во всем мире, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications).

Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г. требования к системе сотовой связи стандарта GSM, в котором используются самые современные разработки ведущих научно-технических центров. К ним, в частности, относятся временное разделение каналов, шифрование сообщений и защита данных абонента, использование блочного и сверточного кодирования, новый вид модуляции -- GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

В 1989 г., за год до появления технического обоснования GSM, британский Департамент торговли и промышленности DTI (Department of Trade and Industry) опубликовал концепцию "Подвижные телефоны", которая после внесения дополнений и изменений получила название "Сети персональной связи" - PCN (Personal Communication Networks), Целью реализации концепции было создание конкуренции между основными участниками рынка подвижной радиосвязи, чтобы к 2000 г. их абонентами стало около половины населения страны

Не отставала от Европы и Америка, провозгласившая свою концепцию "Услуги персональной связи" - PCS (Personal Communication Services). Ее целью был 50%-ный охват населения страны к 2000 г. Для реализации этой концепции Федеральная комиссия связи США выделила три частотных участка в диапазоне 1,9-2,0 ГГц (широкополосные PCS) и один участок в диапазоне 900 МГц (узкополосные PCS)

В США в 1990 г. американская Промышленная Ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт стал более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с обычным AMPS. Одновременно американская компания Qualcomm начала активную разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумо-подобных сигналов и кодовом разделении каналов, - CDMA (Code Division Multiple Access).

В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM. Великобритания сразу же приняла его в качестве основы для разработки уже упоминавшейся концепции PCN, что стало началом его победоносного шествия по континентам земного шара. В развитии сотовой связи от Европы и США не отставала и Япония. В этой стране был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к американскому стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 Министерством почт и связи Японии.

В 1992 г. в Германии вступила в коммерческую эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта GSM.В 1993 г. в США после ряда успешных испытаний Промышленная Ассоциация в области связи TIA приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.

В 1993 г. в Великобритании вступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800 One-2-One, которая насчитывает уже более 500 тыс. абонентов.

Что такое сотовая связь, Россия узнала лишь на закате перестройки. В Санкт-Петербурге, а затем и в Москве появились системы стандарта NMT-450i (усовершенствованный стандарт NMT-450). А принятие в 1994 г. концепции развития сетей сухопутной подвижной связи стало мощным катализатором дальнейшего развития сотовой связи в национальном масштабе. И если с внедрением стандартов NMT и AMPS наша страна отстала лет на десять, то провозглашение стандарта GSM в качестве одного из двух федеральных стандартов (NMT и GSM) сократило этот временной разрыв примерно до трех лет.

Четкая ориентация на прогрессивные мировые технологии дает возможность России не отставать от ведущих стран мира в развитии современных систем подвижной радиосвязи. Не отстает Россия и по внедрению прогрессивного стандарта CDMA. Условия развития сетей CDMA в России определены приказом Министерства связи РФ №18 от 24 февраля 1996 г., где указано, что сети CDMA ориентированы на предоставление услуг стационарным абонентам. Но допускается возможность их применения из соты в соту, т. е. обеспечивается ограниченная подвижность абонентов. Первая сеть стандарта CDMA была открыта в Челябинске, затем в Москве и Санкт-Петербурге.

Дальнейшее развитие сотовой подвижной связи осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения, которые будут отличаться унифицированной системой радио доступа, объединяющей существующие сотовые и "бесшнуровые" системы с информационными службами XXI в. Они будут иметь архитектуру единой сети и предоставлять связь абонентам в различных условиях, включая движущийся транспорт, жилые помещения, офисы и т. д. В Европе такая концепция, получившая название UMTS (универсальная система подвижной связи), предусматривает объединение функциональных возможностей существующих цифровых систем связи в единую систему третьего поколения FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System) с предоставлением абонентам стандартизированных услуг подвижной связи.

Работы по созданию международной системы подвижной связи общего пользования FPLMTS ведутся Международным союзом электросвязи. Для нее определен диапазон частот 1-3 ГГц, в котором будут выделены полосы шириной 60 МГц для стационарных станций и 170 МГц - для подвижных станций. Начало испытаний наземных компонентов системы было в 2000 г., а ввод спутниковой подсистемы FPLMTS в полосах частот 1980-2010 и 2170-2200 МГц - в 2010 г.

Принципиально новым шагом в развитии систем сотовой подвижной связи стали одобренные международной организацией стандартов (ISO) концепция интеллектуальных сетей связи и модели открытых систем (OSI). Концепция построения интеллектуальной сети используется сегодня для создания всех перспективных цифровых сотовых сетей с микро- и макросотами. Она предусматривает объединение систем сотовой подвижной связи, систем радиовызова и персональной связи при условиях оперативного предоставления абонентам каналов связи и развития услуг. Модели OSI интерпретируют процесс передачи сообщений как взаимодействие функциональных взаимосвязанных уровней, каждый из которых имеет встроенный интерфейс на смежном уровне.

Вскоре после появления второго поколения мобильных систем, началиcь приготовления к проектированию стандартов мобильной связи следующего поколения. Разработки велись как на региональном уровне (ETSI, проект RAINBOW от ACTS, U.S. Joint Technical Committee, японская ARIB) так и на глобальном - ITU (International Telecommunications Union), следствием деятельности которого стало создание в 1985 инициативной группы, которая в 1996 была переименована в IMT-2000. Цифра '2000' призвана обозначить технологию нового тысячелетия и нового частотного диапазона, предназначенного для этой технологии - 2 GHz. Разные проекты предлагали различные пути перехода к системам третьего поколения. В рамкам каждого проекта в основном рассматривалось два варианта развития: постепенный переход от ныне действующих систем и "скачкообразный" прыжок. Большинство склонилось к необходимости постепенной интеграции, что и нашло своё отражение в работе IMT 2000.

Технология третьего поколения (3G) обеспечивает высококачественную передачу речи, изображений (скорость предположительно будет достигать 2 Мбит/с вместо 9.6 Кбит/с, доступных сегодня), мультимедиа контента и доступ в Internet, а также обмен данными между мобильным телефоном и компьютером. В то же самое время 3G технологии должны улучшить качество cервиса сетей вторых поколений, добавляя им множество новых услуг.

Вот далеко не полный перечень возможных услуг 3-го поколения:

речевые вызовы;

видеотелефония;

IP-телефония;

видео/аудио потоки:

телевидение;

видео- и фотосъемка;

Веб-браузинг;

мобильный офис;

услуги, основанные на местоположении абонента:

карты и путеводители;

ориентация в незнакомом месте;

обеспечение безопасности; мобильная электронная коммерция:

оплата билетов, товаров и услуг;

поиск и выбор товаров;

игры.

Эксперты полагают, что на начальном этапе не будет существовать никакого общего стандарта для телефонных трубок третьего поколения. Были предприняты большие усилия для создания единой системы для операторов во всем мире, но с небольшим успехом. Согласно предварительной информации, 3G технологии будут иметь по крайней мере 3 стандарта, и первые 3G терминалы будут использовать только один из них.

Европейские страны выбрали W-CDMA (WideBand Code Division Multiple Access) интерфейс, предложенный шведской компанией Ericsson, для перехода от GSM к 3G технологии. Основным конкурентом W-CDMA будет технология cdma2000 компании Qualcomm, которая, возможно, будет использоваться Японскими компаниями, в настоящее время использующими cdmaOne технологию. Японская система DoCoMo будет исключением, поскольку эта система будет разработана в сотрудничестве с W-CDMA. Для операторов, использующих TDMA принцип (Time Division Multiple Access) (это главным образом относится к операторам Северной Америки), 3G известен как UWC-136.

Спецификация 3G все еще в процессе развития. Институт Европейских Стандартов Телекоммуникаций разрабатывает UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) стандарт, который соответствует спецификации IMT-2000. Для новой UMTS системы были выделены следующие частотные диапазоны: 1885-2025 МГЦ, и 2110-2200 МГЦ для дальнейшего развития IMT-2000, в частности для спутниковой части 3G выделены диапазоны 1980-2010 и 2170-2200 МГЦ соответственно. Тем не менее, пока первая фаза 3G только подходит к завершению, в некоторых Европейских странах уже выданы лицензии на эксплуатацию UMTS, в то время как во многих других заявки только рассматриваются. Производители и операторы не теряют времени и проводят тестировочные запуски и испытания оборудования. Еще в начале 1999, Nortel Networks и BT (British Telecommunications) объявили о начале совместных испытаний прототипов и оборудования терминалов 3G/UMTS, чтобы лучше исследовать 3G технологию и возможности будущих рынков. Альянс же BT и Panasonic уже использует портативные телефоны со встроенными видеокамерами, TV дисплеями и скоростью передачи данных, превышающей 64 Кбит/с.

Для перехода к UMTS необходимо пройти несколько "ступеней", которые постепенно, шаг за шагом приведут к полному введению в строй новой системы.

GSM Phase2 + : GSM Phase 2+ (9.6 Kbps) - HSCSD: High Speed Circuit switched data (38.4 Kbps) - GPRS: General Packet Radio System (115 Kbps) - EDGE: Enhanced Data GSM Environment (560 Kbps) - UMTS: Universal Mobile Telephone Service (2Mbps)

2.2 Изобретения мобильного телефона

3 апреля 1973 года глава подразделения мобильной связи Motorola Мартин Купер, прогуливаясь по центру Манхеттена, решил позвонить по сотовому телефону. Прохожие очень удивлялись и не понимали, что происходит: до появления коммерческой сотовой телефонии оставалось еще 10 лет.

6 марта 1983 года был выпущен первый в мире коммерческий портативный сотовый телефон. В этот день компания Motorola представила аппарат DynaTAC 8000X - результат 15 лет разработок, на которые было потрачено более $100 млн. Телефон весил 794 грамма и имел размеры 33 x 4,4 x 8,9 см. Заряда аккумуляторов первого мобильника со светодиодным дисплеем хватало на 8 часов работы в режиме ожидания или часа разговоров. Телефон был первым сертифицирован для коммерческого использования Федеральной комиссией по связи США. В розницу новинка стоила баснословные деньги - $3995. Однако, по словам представителей Motorola, даже несмотря на высокую цену, сама идея быть всегда на связи настолько воодушевила пользователей, что в очередь на покупкуDynaTAC 8000X записывались тысячи американцев.

Идея сотовой телефонной связи появилась у компании AT&T Bell Labs еще в 1946 году. Тогда эта фирма создала первый в мире радиотелефонный сервис: это был гибрид телефона и радиопередатчика - с помощью радиостанции, установленной в машине, можно было передать сигнал на АТС и совершить обычный телефонный звонок. Звонок на радиотелефон совершался значительно более сложным путем: абоненту необходимо было позвонить на телефонную станцию и сообщить номер телефона, установленного в машине. Говорить одновременно было невозможно: связь происходила как в обычных радиостанциях того времени - для того чтобы говорить, надо было нажать кнопку и отпустить ее, чтобы услышать ответное сообщение. Возможности радиотелефонов были ограничены: мешали помехи и небольшой радиус действия радиостанции.

AT&T, предлагавшая американцам аренду автомобильных радиостанций, решила и сотовую телефонию развивать в том же стиле. Устройство весом около 12 кг размещалось в багажнике машины, пульт управления и трубку выносили в салон, а ради антенны приходилось продырявить крышу машины. Зато это устройство работало, и его владельцам не приходилось таскать тяжести в руках.

До начала 1960-х годов многие компании отказывались проводить исследования в области создания сотовой связи, поскольку приходили к выводу, что, в принципе, невозможно создать компактный сотовый телефонный аппарат. Их также останавливал опыт AT&T, которая в 1947 году создала систему "дорожного сервиса" - она предлагала радиотелефоны бизнесменам и водителям, постоянно совершавшим поездки между Нью-Йорком и Бостоном. После пяти лет работы этот сервис закрылся из-за недостатка клиентов. Сети радиотелефонов были созданы в ряде городов США, но в большинстве случаев они не достигали заметного коммерческого успеха.

Около десяти лет AT&T Bell Labs и Motorola вели исследования параллельно. Motorola сумела быстрее добиться успеха и победила. На разработку первой модели сотового телефона она затратила 15 лет и огромную сумму - $100 млн. В апреле 1973 года инженер Мартин Купер, сотрудник компании Motorola, позвонил с нью-йоркской улицы в офис компании AT&T Bell Labs и попросил к телефону главу исследовательского отдела Джоэля Энгеля. Купер держал в руках первый образец действующего мобильного телефона и стоял вблизи первой сотовой антенны, установленной на одном из нью-йоркских небоскребов. После этого Купер отправился на пресс-конференцию, организованную Motorola, чтобы сообщить о достигнутом успехе журналистам. Это был первый звонок, совершенный с сотового телефона и он, фактически, стал началом новой эпохи в области телекоммуникаций.

Правда на портативное устройство это моторолловское детище было мало похоже. Как вспоминает Мартин Купер, тот исторический звонок он совершил с помощью телефона, похожего на кирпич. Высота 25 см, толщина и ширина около 5 см. Первая в мире "мобила" весила около килограмма - Купер утверждает, что постоянное ношение ее в руках сильно укрепило его мышцы.

Техника была явно недоработана. Но ее создателям надо было торопиться. Федеральная комиссия по связи США уже рассматривала проекты постановлений, регулирующих зарождающуюся сотовую телефонию. На повестке дня стоял вопрос о выделении частот, завязалась дискуссия о допустимых мощностях. Руководители Motorola очень боялись, что все будет сделано под нужды AT&T. Им надо было показать, что "пешеходная" сотовая телефония уже существует, что они тоже игроки на рынке.

Вероятно, ни одна другая современная технология так долго не пробивалась к потребителю. С момента создания новой технологии связи и до момента получения разрешения на ее коммерческое использование прошло 37 лет.

Motorola первой начала массовый выпуск мобильных телефонов и на долгое время стала законодателем мод в мире беспроводной телефонной связи. Успех сотовых телефонов был ошеломляющим.

Телефонные компании не могли предоставить телефоны всем желающим, потому что их возможности были ограничены недостаточным количеством частот, мощностями АТС и недостаточным количеством сотовых передатчиков.

К примеру, компания Bell System, создавшая свою модель сотового телефона на полгода позже Motorola, в 1978 году в Нью-Йорке имела 545 клиентов, а еще 3,7 тыс. стояли в очереди на покупку. В масштабах США в очереди на покупку стояли 20 тыс. клиентов Bell System, им было сообщено, что период ожидания может занять 5-10 лет.

Однако уже в 1983 году в мире насчитывался 1 млн. абонентов, в 1990 году - 11 млн. Распространение сотовых технологий сделало этот сервис все более дешевым, качественным и доступным.

В результате, по данным Международного Телекоммуникационного Союза International Telecommunication Union, в 1995 году в мире насчитывалось уже 90.7 млн. владельцев сотовых телефонов, за последующие шесть лет их число выросло более чем в 10 раз - до 956,4 млн.

По состоянию на сентябрь 2003 года, в мире насчитывалось 1,29 млрд. пользователей "трубок". В 2007 году их количество превысит 2,15 млрд.

2.3 Платформы КПК и смартфонов

2.3.1 Palm Powered

Зарождением эпохи персональных помощников можно считать 1992 год, когда компания Apple представила на суд широкой публики модель Newton NotePad (в 1993 году поступивший в продажу под названием Message Pad). Электронные органайзеры выпускались и раньше (компанией Psion), но внешний вид, возможности устройств и названия -- Organizer 1, Organizer II, WorkAbout -- не позволяют назвать их предками современных КПК.

Примерно в это же время шла разработка первого проекта от Palm Computing, Inc. в союзе с Casio, Tandy, AOL, Intuit, Datalight. Компания очень торопилась с выпуском модели (чтобы успеть раньше Apple "снять сливки" с покупателей), но, во-первых, все равно опоздала на 2 месяца, а во-вторых, выпустила совсем не тот продукт, который желали увидеть пользователи. Устройство позиционировалось (Zoomer, продавалась модель под названиями Casio Z-7000, Tandy Z-PDA и GriDPad 2390) в качестве конкурента персональному компьютеру. Модель успехом не пользовалась, проект завершился провалом. Характеристики КПК впечатляли: экран имел разрешение 320x256 точек, встроенная ОС была объектно-ориентированной, многозадачной, многопоточной с поддержкой графического интерфейса! Вот только установить программу стороннего производителя конечный покупатель возможности не имел.

В 1995 году Palm Computing была поглощена корпорацией U.S. Robotics. Сделка положительно сказалась на выпущенном в 1996 году КПК Palm Pilot 1000: в производство и рекламу новой модели было вложено около пяти млн. долларов. Успех модели был очевиден, но компания не остановилась на достигнутом. В 1997 году выходят Palm Pilot Personal и Professional со встроенной Palm OS 2. U.S. Robotics была приобретена 3COM в 1998 году, вместе с подразделением, работавшим над КПК. Тогда же был начат выпуск Palm III. Основатель компании, Джеф Хокинс, открывает новый проект (и новую фирму -- Handspring). Начинаются счастливые дни для Palm OS.

Вплоть до 2001 года устройства на базе Palm OS безраздельно царствовали на рынке КПК. Рыночная доля Palm Computing составляла более двух третей. Вышедшая в 2000 году Windows CE обладала более современной архитектурой, широкими возможностями и высокими требованиями к аппаратной платформе. Самое время задуматься о расширении функциональности устройств на Palm OS. Но перед подразделением 3COM стояли иные задачи: захват рынков беспроводных устройств и корпоративных продаж. Достигнуть которых так и не удалось, и в 2000 году Palm Computing была вновь выставлена на продажу как самостоятельная компания. 3COM все же сохранила контроль над ней.

Такое положение дел не устраивало самого крупного игрока на компьютерном рынке -- компанию Microsoft. Был предпринят ряд шагов по устранению недостатков КПК на базе Windows CE. Самый главный из них -- высокая цена устройства -- исчез после начала производства устройств несколькими крупными компаниями. Особенно постаралась Compaq с ее агрессивной ценовой политикой на модели серии iPaq. Оставались младенческие проблемы слабой аппаратной базы КПК того времени: исчезающе малое время автономной работы, размеры и вес Windows-powered КПК. Но функциональность этих моделей заметно превосходила Palm-based машинки.

В то же время за Palm OS вступилась крупнейшая корпорация: Sony. Она привнесла новое веяние в застоявшийся мир устройств на базе Palm OS, в том числе качественные цветные экраны высокого разрешения, дополнительные чипы для воспроизведения музыки, беспроводные интерфейсы (bluetooth), встроенные фотовидеокамеры и прочие мультимедийные функции. На некоторое время о Palm OS вновь заговорил мир.

В 2002 году после слияния с Handspring компания Palm сменила название на palmOne, Inc. Попутно из ее состава было выделено подразделение разработки ПО для платформы Palm. В 2003 году появилась новая фирма с названием PalmSource. Компания palmOne продолжила идти курсом 3COM: основной упор был сделан на смартфоны серии Treo, разработку, доставшуюся от Handspring.

Удачным ходом palmOne стал выпуск дешевых КПК линейки Zire. Получив в свое распоряжение рынок низкобюджетных устройств, компания смогла заметно увеличить продажи. Добавление мультимедийных функций прибавило популярности моделям этой серии, а скромная цена помогла избавиться от давления со стороны Pocket PC.

А в 2004 году Sony решила покинуть мировой рынок КПК, сохраняя продажи только в Японии. Столь странное решение со стороны выглядит, как попытка выждать некоторое время для изучения сложившейся ситуации. Вполне возможно, что спустя некоторое время Sony вернется с десятком новых моделей. Совсем не факт, что эти КПК будут работать под управлением Palm OS: Windows Mobile или Symbian предоставляют ничуть не худшие сервисы. Но все это лишь смелые предположения, а на деле чувствуется отсутствие Sony на мировом рынке КПК и как следствие, заметное уменьшение доли устройств под управлением Palm OS.

Что же мы наблюдаем в настоящий момент? Закат Palm как платформы. Или, если быть политкорректным по отношению к стоящей в истоках развития рынка КПК компании, переход palmOne из властителей рынка в разряд рядового производителя. Заявление palmOne о рассмотрении возможности выпуска КПК на базе Linux или даже Windows Mobile подтверждают этот факт. Таким образом, на рынке некоторое время установится четкое разделение на производителей ПО и аппаратной платформы. Первым будут заниматься Microsoft, PalmSource и Symbian. Вторым -- всевозможные компании, имена которых у всех на слуху.

28 сентября 2004 года на Euro DevCon компания PalmSource представила Palm OS Cobalt 6.1 со встроенной поддержкой "телефонных" функций (GSM, GPRS), Bluetooth и WiFi, совместимостью со спецификацией USB On-the-Go и прочими полезными нововведениями. Но вышедший вслед за релизом коммуникатор Treo 650 работает под управлением Palm OS 5.4. Остается только догадываться, почему palmOne предпочитает старые решения: то ли действует по принципу "если вещь не сломана, то не стоит ее чинить", то ли новая ОС не может обеспечить требуемой надежности. Что интересно, первой о работе над созданием устройства с Cobalt заявила компания Samsung.

Недавно PalmSource удивила весь мир. В открытом письме к сообществу Linux (Linux community) компания объявила о намерении портировать код Palm OS. Следующие версии Cobalt будут выполнены в виде исполнительной среды, работающей поверх ядра Linux. Разработчики PalmSource обещают, что все корректно написанные приложения для процессоров 68k будут работать и с новой версией. Программы, созданные для ОС Cobalt, потребуют только перекомпиляции. Само собой, будет работать и "родной" софт для Linux. Несмотря на использование бесплатного ядра, "Palm OS поверх Linux" не будет выполнен в соответствии с идеологией OpenSource. Весной 2005 года разработчики планируют предоставить подробную информацию о проекте. Пока же делать какие-либо заявления о будущем Palm OS рано.

2.3.2 Windows powered

Компания Microsoft на рынок мобильных устройств заглядывалась с самого его появления. Первые упоминания о инициативе фирмы по адаптации своего ПО датируются 1990 годом. Но серьезные шаги Microsoft начала предпринимать только в 1992 году, уже после выхода Apple Newton MessagePad. Успех которого, очевидно, и повлиял на поведение корпорации.

Проект WinPad должен был стать чем-то совершенно новым для пользователей, привыкших к стандартным средствам управления Windows. Чувствительные к нажатию экраны, распознавание рукописного текста и прочие возможности, не требовавшиеся при работе с настольным компьютером. В проект были вовлечены такие серьезные компании, как Compaq, NEC, Motorola, Sharp, каждая из которых еще успеет прославиться как производитель КПК или компонентов для них. Но довести проект до конца не удалось. Причиной провала объявили недостаточную готовность существующей аппаратной базы. В то время 32-битные процессоры только начинали победное шествие в составе настольных компьютеров. О доступности мощностей в мобильных устройствах и речи не шло. На самом деле, основной ошибкой была попытка использования кода Windows без существенной переработки. Возможно, компания надеялась на быстрое развитие аппаратных возможностей носимых устройств. В 1994 году проект был закрыт.

Одновременно с этим, Microsoft работала над похожим проектом под кодовым названием Pulsar. Концепция беспроводного, многофункционального устройства с простейшими функциями ввода (управление с помощью нескольких кнопок) и архитектурой, полностью отличающейся от настольного компьютера, вновь оказалась слишком новаторской. Оценив результаты исследований, Microsoft решила на время отказаться от идеи создания такого устройства.

Но направление развития было определено верно. Современные КПК являются именно такими устройствами. Просто в начале 90-х годов прошлого столетия мир еще не был готов к их появлению: слабые процессоры, дорогая память с большим энергопотреблением, отсутствие хороших источников питания.

Команды, работавшие над проектами WinPad и Pulsar, в 1994 году были объединены для создания очередной инкарнации Windows для мобильных устройств. От первой разработки досталась неплохая аппаратная база, от второй -- 32-битный код для RISC-процессоров. Новый проект получил название Pegasus. Работа закипела с новыми силами. Уже к 1995 году были готовы промежуточные версии Windows Pegasus. Код ОС был написан с учетом особенностей архитектуры мобильных устройств. Существовали жесткие ограничения по использованию определенной аппаратной базы. Благодаря которым удалось решить проблему энергопотребления, ставшую камнем преткновения для WinPad. Синхронизация данных с настольным компьютером проводилась с помощью отдельной программы H/PC Explorer.

Интересно, что Windows Pegasus получилась более "продвинутой", чем многие ОС для настольных компьютеров, вышедших позже! Чего стоит встроенная поддержка Unicode, потребовавшаяся Microsoft для продвижения продукта на международном рынке. Причина тому проста: отсутствие требований совместимости со старыми программами, долгое время висевшая проклятием над настольным версиям Windows.

В 1996 году разработка получила название Windows CE 1.0. Сотрудничество с Casio, Compaq, HP, LG Electronics (бывшая GoldStar), NEC и Philips позволило в кратчайшие сроки выпустить несколько различных устройств, таких, как HP 300LX, Philips Velo1, NEC MobilePro 400, Cassiopeia A10, Compaq C120, LG Phenom GP40M. Все эти машинки были клавиатурными, имели соответствующие размеры и вес (от 350 до 450г) и для использования в качестве карманного помощника подходили слабо. Вышедший примерно в это же время Palm Pilot пользовался намного большим успехом. Что, впрочем, не помешало продать около полумиллиона устройств с Windows CE1.

Проиграв Palm в первом сражении, компания Microsoft не сдавалась. Уже в 1997 году была опубликована версия Windows CE с порядковым номером 2 (с кодовым названием Mercury, что интересно, на официальном сайте Microsoft ведет историю Windows CE только с версии 2.1 -- Birch SP1). Такая поспешность подняла волну слухов о том, что первая версия Windows CE была не более чем бетой, а вторая отличается от нее лишь исправленными ошибками. Но в действительности ядро ОС претерпело большие изменения при переходе. Windows CE 1 предназначалась только для клавиатурных КПК (Handheld PC), тогда как вторая версия являлась полноценной ОС для встраиваемых устройств. Модульная конструкция ОС позволяла удалять отдельные части в определенных конфигурациях. Windows CE 2.0 можно было использовать как для установки на мобильные компьютеры, так и в автомобильных навигационных системах, промышленных встраиваемых устройствах и программируемых кофеварках. Как и первая версия, Windows CE 2 распространялась только среди OEM. Обновления самой ОС и программы для синхронизации данных с настольным ПК (ПО называлось Windows CE Services) выходили вплоть до 1999 года. Среди релизов ОС встречались очень интересные: например, Web-Enabled Telephone (представлена на CeBIT, 1999 год, будущий Smartphone) или Microsoft TV (Windows CE c поддержкой DirectX, в 1999 году!).

Внушает уважение список процессоров, на которых может работать Windows CE 2.0. Более десятка моделей, среди которых встречаются Intel x86 (486, Pentium), NEC VR4x0x (MIPS), Hitachi SH3/SH4, AMD Elan SC400, IBM PPC 4036C, Motorola PowerPC 82x и другие. На практике, производители использовали только MIPS и SH3. ОС умела работать с сетевыми адаптерами, модемами, VGA-экранами (вплоть до 24-битного цвета!), разъемами расширения с интерфейсом PCMCIA и CompactFlash и другой периферией. Заметные изменения претерпело комплектное ПО: появились Pocket Access и PowerPoint. На базе Windows CE 2.0 выпущено более десятка КПК, в том числе Casio E-10, Philips Nino 210/300, Everex Freestyle, Palmax PD-300. Хоть в настоящее время все эти модели -- самый настоящий антиквариат, можно найти полностью работоспособный экземпляр.

С версией 2.10 появилась поддержка TCP/IP, файловой системы FAT32, fast infra-red (со скоростью передачи до четырех мбит/с), шины USB (только slave). Производители немедленно озаботились выпуском новых моделей: Casio Cassiopeia E-100, Compaq Aero 1530/21xx, HP Jornada 420/430SE, Philips Nino 500.

Обновление 2.11 для Handheld PC привнесло одну интересную возможность: работа на КПК с файлами Microsoft Word и Excel без дополнительных преобразований. Эта функциональность исчезнет из дальнейших выпусков ПО для Windows CE, но появится у основного конкурента -- Palm OS (в виде Documents To Go).

Последним обновлением линейки 2.x стала версия 2.12. Ни одного устройства с поддержкой этой ОС не было выпущено -- производители ждали смены первой цифры версии.

И оно произошло -- в апреле 2000 года Microsoft представила Windows CE 3.0. Строго говоря, следует отличать ядро ОС (Windows CE, compact edition) от определенного комплекта поставки, который может включать различные дополнения. Microsoft выпустила решения для клавиатурных (handheld) и бесклавиатурных (Pocket PC) устройств, а также автомобильный вариант (CE for Automotive, октябрь 2000). Список поддерживаемых архитектур процессоров сократился до ARM, SH3 и MIPS.

Новая версия ОС для бесклавиатурных КПК создавалась в качестве прямого конкурента Palm OS. Что потребовало заметной переделки интерфейса пользователя с устранением никому не нужной псевдотрехмерности, отказом от Taskbar и прочими мелкими изменениями, резко повысившими удобство работы. Фактически, с того времени интерфейс Windows для мобильных устройств претерпел лишь косметические изменения.

В дальнейшем на базе ядра Windows CE 3.0 компания Microsoft выпустит модификации Pocket PC 2002 (Merlin, октябрь 2001), CE for Automotive 3.0 (декабрь 2001), Smartphone 2002 (Stinger). Эти версии были работоспособны только на процессорах ARM-архитектуры (Intel StrongARM, Intel XScale). Развивать направление handheld корпорация не стала, посчитав эту область маловостребованной.

Количество моделей КПК, работающих под управлением Pocket PC 2000/2002, исчисляется десятками, если не сотнями. В качестве наиболее ярких представителей можно назвать знаменитую линейку Compaq iPaq 31x0/36x0/3700/3800, Casio E-115/E-125/E-200, Toshiba e310/e570/e740, Dell X5, NEC P300 и ViewSonic V35.

Без преувеличения, выход Windows CE 3.0 стал переломным моментом в развитии рынка КПК. Безраздельному властвованию Palm появилась серьезная угроза. Функциональность ОС от Microsoft во многом превосходила Palm OS. Среди недостатков, как всегда, числились высокие требования к аппаратной базе и неумеренное энергопотребление. Но маркетинговая машина набрала обороты, и покупатели были готовы платить за возможности проигрывания mp3 и просмотра фильмов на КПК (внимание, вопрос: часто ли вы этим пользуетесь?). Грамотная лицензионная политика Microsoft привела к обострению конкуренции между производителями устройств, что не замедлило сказаться на стоимости КПК.

Ориентация на стратегию .NET не замедлила сказаться и на очередной версии Windows для мобильных устройств. Полностью менять ядро Microsoft не стала, справедливо рассудив, что старое превосходно справляется с поставленными задачами. Версия 4.0 с модным названием CE.NET содержит заметную часть проверенного кода. Внушительный список изменений большей частью повторяет реализованное в предыдущих версиях с помощью отдельных утилит. Изменения коснулись поддержки 802.1x, IPSec/L2TP, Bluetooth, IPv6, USB host и других подсистем. В настоящее время большинством производителей используется версия 4.2.

Соответственно, изменилось и название комплекта модулей для КПК. Современные устройства работают под управлением Windows Mobile 2003, совсем недавно вышло ее обновление Second Edition со встроенной поддержкой VGA-разрешения.

Сформулированный Льюисом Кэрроллом принцип "бежать, чтобы оставаться на месте" особенно верен в мире КПК. Компания Microsoft выполняет его в полной мере: на 2005 год запланирован выпуск Windows Mobile 2005 (Magneto). В роли ядра будет представлена Windows CE 5.0. Ожидать существенных отличий ядра от третьей версии смысла нет -- зачем чинить то, что не сломано. Пользователи получат новое ПО для синхронизации (ActiveSync 4.0), Pocket Word и Excel с дополнительными функциями, а также очередную версию .NET Compact Framework с поддержкой веб-сервисов. Серьезным добавлением станет интеграция Direct3DMobile, подсистемы из DirectX. Скептики могут заявить, что трехмерная графика на КПК -- тупик, из которого Microsoft вышла при возврате к 2D в третьей версии Windows CE. Оптимисты скажут иначе: была бы функциональность, а применение ей найдется.

2.3.3 Symbian OS

Хотя именно Apple Newton можно считать первым настоящим КПК, история портативных программируемых устройств начата существенно раньше. В 1984 году компания Psion (известная в компьютерном мире с 1982 года по программам для Sinclair ZX-81) начала продажи прибора Organizer1. Нельзя сказать, что это устройство имело оглушительный успех, но определенное влияние на рынок все же можно отметить. За сумму порядка 100 английских фунтов покупатель получал штуковину с 2 Кб RAM, 4 Kb ROM и 8 Кб стираемой памяти на сменной карте datapak (старожилы, наверное, вспомнят название EPROM, или UV-EPROM). Дополнительные модули, приобретаемые отдельно, содержали реализации языка программирования (POPL), математические и финансовые расширения. Органайзер работал от одной батарейки (с напряжением 9В) до шести месяцев. Качество изготовления было очень высоким: дожившие до наших времен экземпляры отлично работают и выглядят как новые!

Вторая версия -- Organizer II -- вышла в 1986 году. За все время поставок было продано более миллиона экземпляров. Сердцем устройства был 8-разрядный процессор, мозгом -- от 8 до 64 Кб памяти. Модель вышла в трех вариантах, CM, XP и LZ (специально для США была изготовлена еще одна разновидность, LA, которая являлась ни чем иным, как XP с увеличенным объемом памяти). Поклонники продукции Psion считают Organizer II LZ полноценным КПК. Как же иначе -- четырёхстрочный дисплей (увы, не сенсорный), 64 Кб памяти, встроенные электронные таблицы и текстовые редакторы от сторонних производителей! Устройство имело 2 разъема расширения для модулей datapak и специальное гнездо для подключения внешнего питания (еще бы -- для записи в datapak требовалось напряжение 21В), последовательного кабеля или сканера штрих-кодов. Неизменно высокое качество изготовления позволило сохранившимся до наших дней экземплярам остаться в работоспособном состоянии.

Оригинальное изделие вышло из стен Psion в 1989 году. Модель MC 400, по размерам сопоставимая с современными ноутбуками, была настоящим прорывом. Целых 256 Кб RAM, два слота для периферийных устройств, четыре фирменных разъема SSD для подключения внешней памяти с возможностью горячей замены, аппаратный модуль компрессии голоса (диктофон) -- 8 минут записи сжимались в 64 Кб! Вопрос с электропитанием был решен с запасом: можно было пользоваться как аккумулятором, так и батарейками формата AA (8 штук).

Серьезным препятствием на пути к успеху стала высокая цена устройства -- 845 английских фунтов. Немного мешало и отсутствие совместимости с настольными PC. Из-за чего очередная модель, MC 600, имела 640 Кб памяти, 256 Кб flash-диска с установленной MS-DOS 3.22. Стоил этот компьютер вдвое дороже и был изначально обречен.

MC-400 работал под управлением ОС EPOC. Официально название было образовано сокращением слова Epoch (эпоха) и означало становление новой эры на рынке мобильных устройств. Существовала иная трактовка -- "Electronic Piece of Cheese". Первый блин, само собой, вышел комом. Особенно подкачала реализация OPL (organizer programming language), не позволявшая создавать качественные приложения. Вторая версия ОС вышла в 1990 году и распространялась бесплатно в качестве обновления. В этой реализации OPL был доведен до ума, а также встроен мощный текстовый процессор.

Машинки Psion Series 3 впервые были представлены в 1991 году. Но покупателям пришлось ждать еще несколько месяцев, прежде чем реально работающие экземпляры появились в продаже. Еще год ушел на создание полноценного SDK для на C, но, в отличие от MC 400, изначальная поддержка OLP/G (где G означало graphics) дала мощный толчок к появлению ПО от сторонних производителей. Удачу новому начинанию принесла... низкая цена: от 200 фунтов за версию со 128 Кб памяти до 250 за полноценные 256 Кб.

Устройства Series 3 работали под управлением SIBO (SIxteen-Bit Organizer), прообразом будущей 32-разрядной Symbian OS. Первоначально ОС называлась EPOC, затем была переименована в EPOC/16 (чтобы не возникало путаницы с EPOC/32 для Psion Series 5), и лишь через некоторое время платформу снова назвали SIBO. Стабильность и надёжность Symbian OS16, как иногда называли SIBO, стали своего рода легендой: за все время эксплуатации не было найдено ни одной сколько-нибудь серьезной ошибки. В определенный период доля продаж Psion Series 3 на рынке составляла 35%.