Текст книги "Я++: Человек, город, сети"

Размер и дальность

Масштаб имеет значение. Независимо движущиеся подсистемы, в которых помещаются наши биологические тела, бывают разных размеров, и размеры эти определяют потенциальное расположение мест хранения и обработки – во внутреннем, промежуточном или внешнем слое. Где-то там проходит граница между мобильными подсетями, которые связаны непосредственно с телом и окружающими нас неподвижными сетями инфраструктуры.

Кочующие аборигены Австралийской пустыни представляют собой крайний случай³. У них практически все находится в периферийных слоях – в природной инфраструктуре. С собой у них почти ничего нет, а на них и того меньше; это облегчает и освобождает тело, но требует исключительного знания среды и чрезвычайно развитых способностей обнаруживать и использовать воду, пищу, укрытие и прочие ресурсы. В XIX веке европейские исследователи пустыни отправлялись туда с караванами снаряжения и припасов, но без этих способностей все равно часто гибли⁴.

Пешие туристы берут с собой больше, чем аборигены, но все-таки строго ограничивают свой багаж. Они тщательно выверяют свою грузоподъемность, чтобы их собственных ресурсов было достаточно для выживания между перевалочными пунктами. Чем больше рюкзак, тем больше возможная дальность перехода, но за это приходится платить большими усилиями и снижением скорости⁵. Лошади с переметными сумками еще более увеличивают дальность, но заметно ограничивают в выборе пути; есть много мест, где лошадь не пройдет. В инвалидном кресле свобода передвижения еще меньше, зато там есть место для сложных механизмов и электроники, запаса медикаментов и даже капельницы.

Механические транспортные средства позволяют нам захватить с собой кучу вещей, смещая баланс еще дальше. По сравнению с лошадью автомобиль предоставляет куда большие возможности для хранения и обработки прямо во внутренних слоях и создает более обширную и устойчивую зону, независимую от окружающих условий и ресурсов. Это доведено до предела в лимузинах с барами, внедорожниках с подстаканниками, домах на колесах с кухнями и ваннами и перегруженных драндулетах, на которых мигранты из голодных штатов прорывались когда-то в Калифорнию.

Современный аэробус – это и ресторан, и кинотеатр. Космический корабль размером с дом содержит все необходимое для путешествия через среду, агрессивней которой сложно себе представить. Авианосец – это тихоходная, независимая система, масштабом и сложностью сравнимая с целым городом. Еще в 1960-х Рон Херрон создавал веселые, эпатировавшие солидную публику изображения шагающих городов.

Другой крайний случай – это самодостаточные средства передвижения вроде Ноева ковчега или космического корабля «Enterprise», которые долгое время должны функционировать там, где вообще нет никакой инфраструктуры. Корабли таких мореплавателей, как Джеймс Кук, оказывались в похожих условиях. На свое крошечное судно Кук должен был загрузить провизию на месяцы морского пути, не забыв о средствах от цинги. Современные подводные лодки проводят в автономном плавании сопоставимое время. Отправляющемуся на Марс космическому кораблю потребуется устойчивая, самодостаточная, перерабатывающая собственные отходы система обеспечения жизнедеятельности с тщательно выверенным соотношением размеров и длительности автономного действия.

Варианты размещения

При построении мобильных киборг-систем определенных размеров и степени сложности проектные решения по размещению мест хранения и обработки – во внутренних или внешних слоях, в стационарных инфраструктурах или движущихся подсетях – зависят от многих факторов. Проектировщики должны учитывать остроту, безотлагательность и предсказуемость потребностей, объем и вес контейнеров для хранения, скорость и мощность сети доставки, непрерывность или прерывистость сетевого соединения, расстояние между пунктами снабжения или возобновления соединения, количество и срок годности доставляемых ресурсов, требования безопасности и возможности воспроизводства. Устройство баз в местах, где много свободного пространства, позволит использовать преимущества аккумуляции и экономить за счет масштаба. С другой стороны, на их решения может повлиять политическая конъюнктура: стремление расширить автономность личности путем расположения ресурсов и функций во внутреннем, индивидуально управляемом слое или, напротив, усилить роль коллектива, помещая их во внешнем слое, управляемом сообща.

Вода, к примеру, – тяжелый и объемный ресурс, в котором мы обычно не нуждаемся незамедлительно, поэтому (франтоватые любители бега трусцой и фанаты тренажеров не в счет) воду в бутылках мы носим, когда нет других вариантов. Вместо этого мы создаем разветвленные системы из труб и цистерн и доставляем воду в точки, расположенные повсюду в зданиях и городских зонах⁶. Во многих культурах деятельность по строительству и поддержанию этих систем была важнейшим аспектом государственных функций и необходимым условием социальной сплоченности.

Электроэнергия, с другой стороны, сегодня постоянно необходима для работы переносных и носимых электронных устройств, поэтому у многих из нас всегда с собой несколько небольших батареек. Этого достаточно, если нам требуются несколько милливатт или ватт для сравнительно экономичной электроники, но, если нам нужны киловатты или мегаватты для большого устройства, мы, скорее всего, обречены на использование огромного аккумулятора, тяжелого генератора или проводов.

С хранением цифровых данных опять другая история. Простота копирования приводит к тому, что если скорость сети ограниченна, копии файлов удобно хранить на переносных носителях. Однако когда речь идет о быстро устаревающих данных, передать которые по широкополосным каналам можно практически мгновенно, логичнее хранить их на центральных серверах и доставлять оттуда по первому требованию. Спроектированные фирмой Akamai системы доставки данных показали, возможно, наиболее эффективный способ – скопировать и распределить данные по многочисленным территориально рассредоточенным серверам, а для обнаружения наиболее быстрого пути удовлетворения запроса, поступившего из конкретного места, использовать изощренные оптимизационные алгоритмы⁷.

Если необходимые нам устройства слишком громоздки, чтобы носить их с собой, иногда можно рассчитывать на сеть фиксированных точек доступа. До появления сотовой связи таксофонные будки были приметными ориентирами во многих городах; если нужно было позвонить, вы быстро находили одну из них. Сегодня мы все больше полагаемся на индивидуальные, переносные телефоны, а эти общественные точки доступа утрачивают значение. С другой стороны, многие студенты предпочитают проверять электронную почту, используя расставленные по территории университета общедоступные терминалы, а не таскать сравнительно громоздкие ноутбуки. А приучение к горшку освобождает от необходимости постоянно носить подгузники благодаря использованию стационарных точек инфраструктуры по мере необходимости.

В целом чем больше движущаяся коробка, тем больше вещей и функций в ней помещается; в дом на колесах входит больше, чем в джип, не говоря уж про двухместный кабриолет. Однако совокупный эффект технологического развития последних лет заключается в сдвиге разделительной линии между высокофункциональными стационарными коробками (архитектурой) и менее функциональными движимыми – вроде транспортных средств, переносных, устройств и имплантатов⁸. Миниатюризация (в особенности электроники) позволяет проектировщикам вместить в небольшие контейнеры все большее количество функций, а разветвленные сети уменьшают расстояние между пунктами дозаправки. Конструкторы вооружений осознали это одними из первых: многие из ранних попыток уменьшить электронные устройства были вызваны желанием доставлять разрушения на большие расстояния не самолетами с живыми пилотами, а ракетами с электронными системами наведения. В начале 1970-х Дэвид Грин и Майк Барнард из группы Archigram поняли, к чему ведет миниатюризация в целом; они представляли себе «электрического аборигена», размышляли на тему «возможного влияния миниатюризации электрических приборов на повседневную жизнь» и, немного обогнав время, провозглашали, что «люди – это ходячая архитектура»⁹.

Этот процесс особенно наглядно выразился в эволюции искусственного сердца и других органов. Громоздкие прикроватные машины, приковывавшие пользователей к неходячей архитектуре в стационарах, со временем перекочевали в ранцы и ременные сумки и, наконец, уменьшились настолько, что в некоторых случаях их даже можно имплантировать. Шаг за шагом тела когда-то обездвиженных проводами и трубками пациентов получили свободу.

Недостающее звено

До недавнего времени нам недоставало очень важного звена. Взаимосвязи между сетевыми уровнями – от мирового масштаба до стены дома – работали достаточно хорошо. Но оставался пробел: как только мы начинали передвигаться, наши тела временно теряли подключение.

Устройства промежуточного хранения – бутылки для воды, аккумуляторы и ночные горшки – способны увеличить расстояние, на которое человек может удаляться от стационарной точки соединения. (Ограничением здесь служат емкость и срок годности.) То же самое делают гибкие шланги и провода. Поливая сад из шланга, вы передвигаетесь, оставаясь подключенным к источнику воды, а провод поддерживает подключение к электросети, когда вы пылесосите пол. Глубоководные ныряльщики в куда большей мере зависят от воздушных шлангов. Но когда вы идете по улице, едете на машине или управляете самолетом, оставаться привязанным к источнику невозможно. Да и спутники к наземным станциям приема проводами не подсоединишь. В таких случаях мы вынуждены полагаться на беспроводные соединения.

Возможность непрерывной беспроводной связи впервые стала обсуждаться в середине XIX века, когда Джеймс Максвелл выдвинул гипотезу о существовании способных обеспечить ее электромагнитных возмущений¹⁰. К 1888 году Генрих Герц экспериментально доказал, что искры вызывают радиоволны, а уже в начале 1890-х Уильям Крукс в ставшем классикой футурологии эссе размышлял о мире беспроводных связей¹¹. На рубеже веков, благодаря изысканиям Гульельмо Маркони и других, телеграф наконец стал беспроводным телеграфом. В скором времени корабли в открытом море могли поддерживать беспрерывную телеграфную связь с береговыми станциями, а к 1920-м годам в полицейских машинах и такси появились первые примитивные радиоустройства с возможностью передачи голоса.

В середине 1940-х в лабораториях фирмы Bell была разработана концепция рассредоточения на большой территории множества маломощных передатчиков, которые передают сессии связи друг другу, обеспечивая бесперебойную мобильную связь многочисленным пользователям. Так зародилась сотовая телефония, однако коммерческие сотовые сети заработали лишь к концу 70-х. С тех пор мобильная связь стремительно развивается; в 1990 году по всему миру насчитывалось порядка одиннадцати миллионов пользователей; с 1995 года количество новых владельцев мобильных телефонов стало превышать количество новых абонентов стационарных телефонных сетей, а к началу 2000-х число пользователей приближалось к миллиарду¹².

Первые сотовые системы использовали аналоговые сигналы и применялись в основном для передачи голоса. К началу 2000-х они перешли на цифровые стандарты, все больше смещая акцент от беспрерывного голосового соединения между двумя людьми к пакетной передаче данных от чипа к чипу. Так возник интерес к широкополосным беспроводным системам, способным передавать данные не килобитами в секунду, а мегабитами или даже сотнями мегабитов, что требуется, например, для передачи изображения и звука высокого качества¹³. В итоге различия между беспроводными системами передачи голоса и данных начали пусть понемногу и с трудом, но стираться¹⁴. Мы вступили в мир мобильных сетей GSM и 3G, а также протоколов локальной передачи данных IEEE 802.11a и 802.11b¹⁵ (Wi-Fi). Серийные и USB-кабели, которыми подключались периферийные компьютерные устройства, уступили место технологиям Bluetooth¹⁶ и UWB¹⁷. В исследовательских лабораториях рассматривались все новые и новые альтернативы. Вместо единой беспроводной системы образовалось несколько конкурирующих и конфликтующих стандартов, но бесперебойная, глобальная и беспроводная связь казалась уже делом ближайшего будущего.

Логика беспроводного покрытия

Цель беспроводного передатчика – обеспечить совместимым устройствам (стационарным или мобильным) удовлетворительный прием сигнала в пределах зоны действия. По существу, это вопрос типа и расположения передающей антенны, силы сигнала, частоты сигнала, конструкции приемника, необходимости эффективно использовать доступные диапазоны, требований к временным или пространственным интервалам между сигналами в одном диапазоне и политики распределения частот¹⁸. Оказывается, что у беспроводного покрытия существует своя сложная логика, которая обусловила создание целой системы беспроводных оболочек, каждая из которых обхватывает Землю на все большей высоте. Зоны покрытия беспроводных систем накладываются друг на друга и на территории общепринятых географических и политических образований, усиливая одни социальные и политические группы и подрывая влияние других.

Самые маломощные системы с самым небольшим покрытием работают в радиусе от нескольких сантиметров до нескольких метров. Особого смысла регулировать их доступ к диапазону нет, поскольку вероятность того, что они создадут помехи для других систем, ничтожно мала. Для голосового общения они, очевидно, не подходят (голос сам по себе слышен дальше), тем не менее они обеспечивают удобный, гибкий способ соединения крошечных вычислительных устройств без физического подключения – сотрудники MIT Media Laboratory разрабатывали эту концепцию в проектах «компьютер – краска» и «компьютер – канцелярская кнопка» («paintable» и «pushpin»). С их помощью также можно обеспечивать многоскачковые соединения, работающие на более дальние расстояния, – похожим образом пакеты передаются в интернете от узла к узлу.

Устройства, содержащие специальный микрочип Bluetooth, способны поддерживать взаимную связь на рабочей поверхности или в пределах комнаты – в радиусе примерно десяти метров. Bluetooth, изобретенный в середине 90-х, первоначально предназначался для связи между ноутбуком и мобильным телефоном. Сегодня по Bluetooth подключается и множество других бытовых приборов, таких как плееры, цифровые камеры, принтеры и видеопроекторы. Эту систему также используют для подключения портативных устройств к стационарным точкам доступа к сети. Примечательней всего тот факт, что устройство с Bluetooth может мгновенно устанавливать соединение с любым другим Bluetooth-устройством, оказавшимся в радиусе действия: так можно организовать временную сеть между ноутбуками в конференц-зале или аудитории. По сути, Bluetooth и подобные технологии обеспечивают свободу передвижения и гибкость пространственной конфигурации социально-технических систем в пределах комнаты. Bluetooth не единственная беспроводная технология, подходящая для выполнения этой задачи, и в будущем ее, скорее всего, вытеснят более удачные альтернативы, но именно с ней беспроводное соединение ближнего действия вошло в обиход.

Системы следующего уровня, такие как Wi-Fi (802.11), имеют базовые станции с радиусом действия порядка 100 метров, но сигнал их, как правило, с трудом проходит сквозь стены и прочие препятствия¹⁹. Таким образом, они отлично подходят для установки беспроводной системы в частных домах, офисах, кафе, садах, парках и т. п. С введением в строй таких систем наша антропогенная среда все плотнее заполняется точками беспроводного соединения, дающими миниатюрным и маломощным переносным устройствам доступ к высокоскоростным сетям большой протяженности. Базовые станции и переносные устройства обеспечивают свободу передвижений, в то время как провода позволяют бесконечно наращивать объемы передаваемых данных²⁰.

Поскольку эти базовые станции обеспечивают покрытие в масштабе помещений и целых зданий, они способствуют усилению взаимосвязей внутри сложившихся жилищных сообществ. Открытие сетей для посетителей представляет собой новую форму гостеприимства. С появлением свободного доступа в интернет публичное пространство получает новое измерение, Брайант-парк на Манхэттене одним из первых предоставил посетителям это удобство. Поскольку эта технология сравнительно недорога, проста в установке и использует нелицензируемые (во всяком случае, в большинстве стран) частоты, она может легко соединить соседей в пользовательские сети местного уровня²¹. Более мощные базовые станции могут использоваться для подключения к сети небольших городов и поселков – иногда неожиданно возрождая в наш электронный век общественные функции церковной колокольни или минарета; в 2002 году городок Эллавиль в штате Джорджия (население 1 700 человек) стал пионером подобной стратегии, установив широкополосную станцию на водонапорной башне и антенны на крышах окрестных домов, что обеспечило доступ в сеть в радиусе одного километра. Новозеландский Окленд в порядке эксперимента развернул более масштабную сеть в одном из центральных деловых районов. Однако за это электронное благодушие приходится платить: поскольку сигнал не загнать в определенные границы, всегда существует опасность помех из-за наложения зон покрытия, несанкционированного использования мощностей базовых станций соседями или прохожими, а также электронной прослушки.

На уровне городских кварталов и районов начинает преобладать сотовая инфраструктура, использующая лицензированные частоты и централизованное управление. Такая инфраструктура (в особенности для новейших цифровых стандартов) стоит больших денег, поэтому обычно развертывается и контролируется телекоммуникационными компаниями, а не группами рядовых пользователей. Каждая базовая станция такой системы расположена примерно в центре соты и включает в себя передатчик, приемник и блок управления. Зона покрытия представляет собой мозаику из таких сот. Сота может достигать десяти километров в диаметре, однако в зонах высокой концентрации пользователей она делится на соты меньшей площади (с передатчиками, соответственно, меньшей мощности). Базовые станции самых небольших сот вешают на фонарных столбах и подобных уличных конструкциях, станции сот побольше стоят на крышах невысоких зданий и специальных вышках, а покрытие крупных сот осуществляется с вершин холмов и крыш небоскребов. Поскольку количество подходящих для базовых станций мест ограниченно, а операторов мобильной связи обычно несколько, за точки размещения сотовой инфраструктуры идет все более жесткая конкуренция.

Элементы инфраструктуры сотовых систем, как правило, являются стационарными, однако для восстановления сети в чрезвычайных ситуациях используются мобильные «соты на колесах» (их было легко увидеть в Нижнем Манхэттене в первые дни после атак на Всемирный торговый центр). В последнее время возрос интерес к возможности создания спонтанных сотовых сетей, где вместо вышек будут использоваться сами мобильные телефоны и которые, соответственно, будут автоматически следовать за пользователями и подстраиваться под количество абонентов.

Операторы сотовой связи по понятным причинам концентрируют элементы инфраструктуры в местах наибольшего скопления пользователей – в густонаселенных городских районах и вдоль широко используемых транспортных маршрутов. В развивающихся странах и малонаселенных районах это привело к созданию городских беспроводных островков, связанных длинными линиями базовых станций вдоль дорог. Однако иногда, как в случае бангладешского сотового оператора GrameenPhone, четко обозначенный курс на благосостояние сельской бедноты приводит к созданию более равномерного покрытия²².

Следующий уровень беспроводной структуры – это расположенные на башнях передатчики большой мощности, использующие лицензионные диапазоны и обеспечивающие покрытие на расстояние десятков, сотен или даже тысяч километров. Эта инфраструктура начала выстраиваться уже давно, с первыми вышками беспроводного телеграфа, которые некоторое время воспринимались как «электромагнитные маяки». Затем последовали вышки первых систем мобильной радиосвязи, которыми пользовались таксисты и полицейские. Кроме того, цепочки микроволновых приемников-передатчиков иногда (в основном в районах со сложным рельефом) применялись в качестве альтернативы телекоммуникационным кабельным линиям.

Однако в социальном и политическом плане куда интереснее использование этого уровня беспроводной связи для радио– и телевещания на городскую, региональную, национальную и даже глобальную аудиторию. Тогда как в индустриальный век сочетание механизированного печатного станка и быстрой доставки создало массовую городскую аудиторию, новости до которой доходили за несколько часов, инфраструктура этого типа обеспечивает мгновенный доступ к подобной аудитории по очень невысокой цене. Поскольку электромагнитный диапазон – ресурс истощимый, осуществлять вещание на определенной территории, не создавая помех друг другу, может только ограниченное количество организаций. В связи с этим такая инфраструктура способствует гегемонии – сосредоточению политической силы и культурного влияния в руках тех, кто контролирует теле– и радиобашни²³. Как следствие, правительства в целом стараются либо оставить их в сфере своего прямого контроля, либо передать лицензию на управление нескольким вещательным компаниям²⁴. Как правило, чем выше башня и чем мощнее передатчик, тем больше зона вещания; поэтому хорошо заметные башни, гордо возвышающиеся на крышах самых высоких небоскребов в таких городах, как Нью-Йорк, являются не только инструментами доминирования в вещательной сфере, но и видимыми свидетельствами этого доминирования.

Когда мощные системы применяются для двусторонней связи в рамках рассредоточенной на большой территории группы, используется ограниченное количество каналов (часто один) и участники говорят по очереди. Такое совместное и структурированное использование общего ресурса обеспечивает связь совершенно несхожим сообществам: ученикам и учителям радиошкол в малонаселенных районах Австралии, болтающим по рации дальнобойщикам, полицейским на задании и переругивающимся по уоки-токи афганским боевикам. Общедоступный диапазон становится центром социальной жизни, как когда-то колодец в традиционной деревне.