Статья:

Технологии связи. Реальность и перспективы

Конференция: XI Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Кукса В.Д., Шишова Л.В. Технологии связи. Реальность и перспективы // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(11). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/11(11).pdf (дата обращения: 20.10.2019)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Технологии связи. Реальность и перспективы

Кукса Вячеслав Дмитриевич
студент, Донского государственного технического университета, РФ, г. Ростов-на -Дону
Шишова Людмила Витальевна
студент, Донского государственного технического университета, РФ, г. Ростов-на -Дону
Барашко Елена Николаевна
научный руководитель, старший преподаватель Донского государственного технического университета, РФ, г. Ростов-на -Дону

 

Современное общество крайне зависит от необходимости передавать или получать ту или иную информацию, и чем выше скорость, тем скорее пользователь сможет завершить процесс и сэкономить время. На данный момент решающим фактором, как в проводной, так и беспроводной форме связи является скорость и качество передаваемых данных.

В настоящее время одной из самых распространённых технологий является ADSl, она использует принцип подключения через обычный, медный телефонный кабель. Главным достоинством такой технологии в том, что она асинхронна и использует принцип разделения частот, что позволяет использовать домашний телефон и интернет одновременно, а также позволяет выходить в интернет тем, у кого нет возможности подключиться к оптоволоконному кабелю. Главным же недостатком можно сказать относительно низкую скорость в сравнение с современными технологиями, крайне чувствительна к состоянию линии, чем хуже параметры (SNR, затухание и.т.д) тем выше потери сигнала и ниже скорость. Как и любая проводная технология имеет обязательную необходимость прокладки кабелей до каждого рабочего места.

Широко используемая технология FTTB, так же нашла свое место в информационном обществе. Основные достоинства заключаются в том, нет необходимости в дополнительном оборудовании - для работы достаточно вставить кабель провайдера в сетевую карту ПК, ноутбука или роутера. Относительно низкая стоимость подключения. Имеет хорошую и стабильную скорость для обычного пользователя, а также не зависит от параметров линии как технология ADSL. Основные недостатки заключаются в том, что технология FTTB обладает низкой надежность коммутаторов, а скорость интернета сильно варьируется от количества пользователей, подключенных к этим коммутаторам. 

Более перспективной технологией стал GPON.  Основные его преимущества включают в себя высокую скорость, гораздо выше, чем в технологиях FTTB и ADSL. Высокая помехоустойчивость и защита от перепада напряжения. Подключение абонентов происходит быстро и без прерывания связи. В PON используются пассивные ответвлители, которые не требуют электрического питания и дополнительного обслуживания. Главные недостатки технологии PON в том, что необходимо шифровать поток данных, так как PON является технологией с общей средой передачи данных, а также в системе трудно обнаружить неполадки на участке между сплиттерами и конечной точкой  ONT.

На сегодняшней день проводная технология находится в состоянии застоя, так как большее предпочтение отдается беспроводной технологии. Абсолютным лидером проводной технологии является TWDM-PON (Time Wavelength Division Multiplexing – PON). Принцип работы технологии, как и d GPON заключается в использовании светоотражения внутри волокна. Неоспоримое преимущество такого способа передачи данных заключается в хорошем качестве сигнала, защищенности от помех и самое главное, в скорости передачи данных.

Таблица 1.  

Сравнительная характеристика проводных технологий

Характеристики технологий

ADSL

FTTB

GPON

TWDM-PON

Исходящая скорость

3мб

100мбит/с

622мбит/с

40Gbps

Входящая скорость

25мб

100мбит/с

2488мбит/с

40Gbps

Стандарт

 

ITU-G992.3 G.bits

Стандарт ITU-T F.960

Стандарт

ITU-T G.984.x

Стандарт

ITU-T G.989

Длина волны

 

-

D: 1280/ U: 1310

nm

D: 1310 / U: 1550 nm

D: 1280 / U: 1580 nm

 

Основываясь на общих достоинствах и недостатков проводных технологий можно сказать, что каждая технология индивидуальна и имеет свои особенности, что дает абонентам возможность выбора, исходя из своих предпочтений. Так, например: Подключить технологию ADSL будет выгодно тем, кто планирует использовать интернет не требующей высокой скорости и не имеющий возможности проведения оптоволоконного кабеля. А FTTB и GPOP окажется выгоден людям, которые используют интернет для работы, подключают множество устройств через Wi-Fi и крайне важна целостность передаваемых данных.

Лучшим выбор при возможности подключения к оптоволоконному кабелю будет технология TWDM-PON. Так как она позволяет многократно улучшить качество сигнала за счет своей специфики способа передачи данных и значительно увеличить скорость передачи и приема данных, что позволить решить множество актуальных проблем, связанных с потерями передаваемых данных, качеством сигнала и что немало важно, скорости приёма и передачи информации. А так же обладает не высокой стоимостью подключения и высокой защитой от сбоев.

Альтернативой же проводным сетям является беспроводные сети, из них отдельно можно выделить технологию Wi-Fi. Технология Wi-Fi может объединять между собой сразу два или более устройств. Принцип работы основам на использование устройство, которое называется «маршрутизатор», в свою очередь в него должна подключаться витая пара, после чего при помощи радиоволн устройство начинает транслировать сигнал на определенную дистанцию, в зависимости от модели устройства и пространства в которой он находится.

Главным преимуществом Wi-Fi является отсутствие проводов. Простота подключения не требует наличия дополнительных средств, достаточно в настройках устройства осуществить подключение к сети по ключу безопасности. Основными недостатками можно отнести зависимость от расположения устройства и окружающей обстановке, чем больше возможных препятствий в пространстве способных повлиять на качество радиосигнала, (толстые бетонные стены, возможные устройства, работающие на одной частоте), тем ниже качество предаваемого сигнала, а так же высокие потери скорости которые достигают до 60%.

Среди беспроводных технологий передачи данных выделяется многообещающая технология Li-Fi, которая способна перевернуть беспроводную технологию в ближайшем будущем. Коренное ее отличие заключается в том, что трансляция сигнала происходит за счет света, а точнее светодиодов, которые в свою очередь обеспечивают сильную, двунаправленную связать, подобно технологии Wi-Fi. Эти светодиоды моргают с разницей в пару наносекунд, что делает процесс абсолютно невосприимчивым для человеческого глаза.

Преимущества Li-Fi:  работает на уже структурированной и стандартизированной частоте 2.4-5 ГГц; обладает высокой службой работы; низкое энергопотребление; абсолютно безопасен для человеческого глаза; высокая скорость передачи данных; работает с уже имеющимися светодиодами. Самым же главным достоинством такой технологии является то, что она может избежать поглощения радиоволн. Видимый свет не вступает в конфликт с частотами волн, его можно подключить к любым источникам энергии, даже таким как уличный фонарь.

Недостатки Li-Fi: работают на определенной длине волны; сила сигнала зависит от длины используемой волны.

Таблица 2.

Сравнение технологий Li-Fi и Fi-Wi

Характеристики

Wi-Fi

Li-Fi

Частота

2.4 ГГц

100 МГц

Скорость

11-300 Мбит/с

10 Гбит/с

Среда работы

в воздухе, на земле

в воздухе, на земле, в воде

Влияние на здоровье человека

Негативное

Безвреден

 

Обе технологии способны обеспечить абонентам выход в интернет, но в свою очередь обладают колоссальными отличиями. Wi-Fi не способен передавать данные с такой же скоростью и качеством сигнала как  Li-Fi, но тем не менее, его будет гораздо выгоднее использовать в пространстве, где нет надежного и постоянного источника света. Технология Li-Fi окажется максимально эффективной в городах и других населенных пунктах с постоянным доступом к источнику света.

Альтернативой и инновационной технологией следующего поколения беспроводных сетей на сегодняшний день является стандарт 5G. Данный стандарт использует все тот же принцип работы технологии 4G, она так же основывается на принципе пакетных протоколов передачи данных. Для передачи такого рода данных используются протокол IPv4. Стандарт 5G использует в основном протокол IPv6, но так же способен использовать IPv4 со значительной модернизацией в сторону улучшения качества сигнала, за счет увеличения рабочей длины волны, что позволяет во множество раз увеличить скорость передачи и приема данных. Главным же и существенным отличием 5G является то, что абонент может работать одновременно с большим количеством антенн. Это позволит добиться: увеличения пропускной способности сети более 10 Гбит/сек.; количества одновременных подключений до 100 миллионов устройств на 1 квадратный километр; уменьшения задержки в сети до 1 мс; выделения каждому сервису определённой ёмкости ресурса.

Таблица 3.

Сравнение 4G и 5G

 

Стандарт 4G

Стандарт 5G

Ширина канала

20 Мггц

20 Мггц

Максимальная скорость

150 Мбит/с

10 Ггбит/с

Пинг

50 mc

10 mc

Охват

800 - 2.6 Мгц

3,4 Мгц

 

Технология 5G обладает сравнительно низкими характеристиками в отличие от Li-Fi, но она уже находит свое практическое применение. Так, например, в восточных странах уже были пробные запуски данной технологии, и она показала хорошие результаты. При использовании частоты ниже 6ГГц, удалось развить скорости до 3,6Гбит/с.

К сожалению, во многих точках планеты, интернет все еще становится далекой мечтой за счет сложностей рельефа местности и сторонних препятствий для проведения как проводных, так и беспроводных технологией.

 Решить такую проблему возможно при помощи технологии Project Loon. Ее суть заключается в том, что она заменяет привычные для нас вышки станций, на беспилотные устройства. В сферу запускаются ретрансляторы, которые дрейфуют на высоте в течение многих месяцев под действие воздушных масс, тем самым обеспечивая огромную зону покрытия. В ретрансляторы встраиваются Wi-Fi роутеры, работающие с качеством сигнала сравнимым с 5G, но с более высоким диапазоном подключения, который может достигать до 40км от него.

Преимущества: Высокая скорость передачи данных, общедоступность, высокий радиус действия.

Недостатки: Возможные высокие потери качества сигнала в силу погодных условий. Необходимость у абонента наличие антенны направленной на воздушный ретранслятор.

Таблица 4.

Сравнение 4G и Project Loon

 

Стандарт 5G

Project Loon

Ширина канала

20 Мггц

25 Мггц

Максимальная

скорость

10 Ггбит/с

7.9-9 Ггиб/с

Пинг

10 mc

30-40 mc

Охват

3,4 Мгц

2.7-3Мгц

 

Как видно из табличных значений, Project Loon обладает близкими характеристиками к технологии 5G, но главным его отличием от всех других технологий в том, что она не зависима от окружающей обстановки на поверхности земли, или закрытого пространство в котором находится абонент. Для нее не требуется источники света как для Li-Fi. Технология Project Loon позволит решить проблему для тех абонентом, которые не имеют возможности провести проводной подключение или использовать беспроводное, в обстоятельствах сложного рельефа местности.

Hyperboria - одна из самых необычных и многообещающих технологий передачи данных. Она полностью уходит от принципа работы архитектуры клиент-сервер и проводной технологии. Основное и принципиальное ее отличие от Интернета - mesh архитектура. Сервера заменяются на соединения между клиентами, причем связь устанавливается между роутерами напрямую, через перекрывающиеся зоны покрытия Wi-Fi. Создаются малые островки сетевой свободы на основе роутер-роутер, и объединить их между собой через интернет каналы. Так же она добавляет слой шифрования, который могут использовать любые приложения, скрывая  IPv4 адрес.

Преимущества Hyperboria: простота реализации, анонимность и приватность в сети, высокая скорость, передача без потерь данных, большая часть работы системы полностью автоматизирована.

Таблица 5.

Сравнительный анализ технологий

Характеристики

Hyperboria

Li-Fi

5G

Project Loon

Технология подключения

беспроводная

беспроводная

беспроводная

беспроводная

Скорость

Чем больше участников, тем выше скорость

40 Гбит/с

10 Ггбит/с

7.9-9 Ггиб/с

Доступность (зависимость)

от провайдера

от провайдера

от провайдера

от провайдера

Эффективность

если подключены много участников

без сторонних подключений

без сторонних подключений

без сторонних подключений

 

Рассмотренные технологии способны обеспечивать приемлемую скорость передачи данных, качество сигнала, сохранность передаваемых данных. Все технологии крайне ситуативные, так например технологии проводного подключения, ADSL не требует сильных финансовых затрат, но ее скорости и качества будет хватать лишь для просмотра, или загрузки файлов, не требующих высокой скорости и не критичны к потерям данных. TWDM-PON технология обладает высокой скоростью и малыми потерями, но не каждый человек имеет возможность к подключению оптоволокну.

Среди беспроводных технологий Li-Fi подойдем городским жителям, технология имеет высокую скорость, надежное качество, а главное имеет постоянный источник света. 5G в свою очередь хуже по характеристикам, чем Li-Fi, но его можно использовать там, где нет источников света.

Project Loon способен обеспечить выход в интерне тем пользователям, кто не имеет возможности пользоваться другими технологиями, но реализация такого проекта требует больших затрат, и постоянно поддержки качества воздушных ретрансляторов. Hyperboria обеспечивает анонимность в сети и высокую скорости при условии большого количества пользователей.

Каждый пользователь выбирает технологию способную удовлетворить его потребности в качестве, или осуществить подключения к интернету по мере возможности при помощи такой технологии, которая не имеет альтернатив.

 

Список литературы:
1. Автоматизированные системы радиоконтроля и их компо-ненты Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. 2017 г.
2. Аудит информационных технологий Грекул В.И. 2015 г.