Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) считает, что до 2020 г. должны появиться сети будущего, FN (Future Networks).

Принципиальное их отличие от современных сетей (NGN) в том, что они способны обеспечить новые инфокоммуникационные услуги, которые трудно реализовать с использованием имеющихся сетевых технологий.

Со времени, когда на страницах «ИКС» () были проанализированы первые две рекомендации МСЭ-Т - Y.2001 и Y.2011 - относительно нового направления развития телекоммуникаций, сетей следующего поколения, NGN (Next Generation Networks), эти сети были достаточно полно стандартизованы в нормативных документах МСЭ-Т (в специальной серии Y.2000, посвященной этим сетям, уже 124 рекомендации*), операторы успешно их строят и эксплуатируют**.

Работы по стандартизации будущих сетей FN начаты МСЭ-Т в 2009 г. Исследовательской комиссией SG13 были разработаны первые рекомендации по FN в новой серии рекомендаций МСЭ-Т - Y.3000-3499. В настоящее время в этой серии выпущены уже девять рекомендаций, в стадии обсуждения находятся еще четыре документа***. Краткому обзору рекомендаций МСЭ-Т по будущим сетям и посвящена статья.

Задачи и цели создания будущих сетей

В рекомендации Y.3001 описываются основные положения будущих сетей и 12 целевых задач их создания, которые разделены на четыре базовых сегмента (рис. 1). Часть задач, такие, как управление сетью, мобильность, идентификация, а также надежность и безопасность, могут относиться к нескольким сегментам, но на рисунке изображены взаимосвязи между сегментом и задачами, имеющими к нему наибольшее отношение.

Сегмент услуг характеризуется тем, что в сетях будущего будет предоставляться огромное количество услуг/приложений для удовлетворения практически любых запросов потребителей. Как ожидается, в будущих сетях число услуг и их объем будут расти лавинообразно. Кроме того, предполагается вводить новые услуги без существенных капиталовложений и увеличения эксплуатационных затрат, обеспечивая при этом их высокую надежность и безопасность будущих сетей.

Сегмент данных предусматривает оптимизацию будущих сетей в связи с гигантскими объемами передаваемой и обрабатываемой информации. Под данными понимается вся информация, доступная в сети будущего. Также предполагается, что доступ к услугам будущих сетей будет легким, быстрым и качественным независимо от местопребывания пользователя. Каждый человек в будущей сети получит свой уникальный адрес, по которому сможет авторизоваться в любой точке мира и получать все нужные ему услуги.

Экологический сегмент означает, что сети будущего будут экологически безопасны для окружающей среды. Их технические решения должны минимизировать влияние на экосистему, сократить потребление материалов и энергии.

Социально-экономический сегмент предусматривает решение целого ряда задач, связанных со снижением затрат на обеспечение жизненного цикла услуг и унификацией предоставления широкополосного доступа к ресурсам будущих сетей широким слоям населения, что, в свою очередь, послужит стимулом для развития мировой экономики и устранит «цифровое неравенство».

Сетевая виртуализация

Поддержка виртуализации ресурсов является важнейшей отличительной особенностью сетей FN от сетей NGN. Она обеспечивает логическое разделение сетевых ресурсов между услугами и одновременное совместное использование одного физического сетевого ресурса многими виртуальными ресурсами.

Архитектура сетевой виртуализации для будущих сетей, представленная в рекомендации Y.3011, содержит три уровня (рис. 2). Как и любая сеть связи, сеть FN на первом уровне состоит из физических ресурсов (коммутаторов, маршрутизаторов, линий связи, систем передачи и др.), которыми владеют и управляют операторы физических сетей. На базе ресурсов физических сетей организуются виртуальные ресурсы (полоса пропускания, маршрут передачи, адресное пространство и др.), которыми может управлять соответствующий оператор. И уже на основе этих виртуальных сетевых ресурсов для каждой услуги создается своя виртуальная сеть, называемая логически изолированной частью сети, LINP (Logically Isolated Network Partition). Такое разделение позволяет реализовать в одной и той же физической сети несколько услуг с разными требованиями к сетевым ресурсам. При сетевой виртуализации поставщик и пользователь сетевых ресурсов разделены. Это означает, что пользователь виртуальной сети не обязательно должен иметь собственные физические сетевые ресурсы. Это позволяет динамически добавлять и удалять необходимые ресурсы в виртуальной сети из пула общих виртуальных ресурсов в ответ на появляющиеся в ней изменения (увеличение или уменьшение объема трафика, появление отказов или сбоев в работе сетевого оборудования и др.). Поскольку добавление виртуальных ресурсов осуществляется намного быстрее и экономичнее, чем развертывание дополнительного физического ресурса, функционирование и управление в сетях будущего более эффективное и гибкое.

Энергосбережение в будущих сетях

Важностью экологических вопросов обусловлено то, что при разработке будущих сетей одной из основных задач становится использование энергосберегающих технологий. Согласно рекомендации Y.3021 уменьшить негативное воздействие будущих сетей на окружающую среду можно двумя способами.

1. Использовать возможности будущих сетей в областях экономики, не связанных с инфокоммуникационными технологиями. Будущие сети должны стать полезным инструментом снижения негативного воздействия других областей экономики на окружающую среду. Примерами такого применения FN являются «умные» энергосети smart grid, предназначенные для распределения электрической мощности, или всепроникающие сенсорные сети USN, которые контролируют изменения экосферы Земли.

2. Снизить негативное воздействие на окружающую среду самих сетей, сделав это основополагающим принципом сетей будущего. Снижение потребления энергии сетевыми объектами, в частности маршрутизаторами, коммутаторами и серверами, является характерным для экологически чистых будущих сетей.

Внутри будущих сетей можно выделить три уровня, каждому из которых соответствуют свои технологии энергосбережения:

уровень устройств - технологии, которые применяются для электронных устройств, таких, как большие интегральные схемы и запоминающие устройства;

уровень оборудования - технологии, которые применяются к одной единице оборудования (набору устройств), например маршрутизатору или коммутатору;

уровень сети - технологии, которые применяются во всей сети (например, протокол маршрутизации, применяемый к нескольким маршрутизаторам).

Измерение потребленной энергии в будущих сетях

В рекомендации Y.3022 заданы требования к измерению энергии, потребляемой разными элементами будущих сетей. На основе этих требований определены эталонная модель измерений (рис. 3), функциональная архитектура, метрики энергоэффективности и методы измерения потребленной энергии элементами сети (интерфейсом E интерфейс, узлом E узел, сервером E сервер) и сетью в целом (E сеть). Для лучшего понимания метрик энергоэффективности в информационном приложении к рекомендации приводятся описывающие их соответствующие подробные уравнения

Идентификация в будущих сетях

В рекомендации Y.3031 описаны возможные идентификаторы (ID) будущих сетей для определения абонентов, пользователей, элементов сети, функций, объектов сети, предоставляющих услуги/приложения, или других сущностей (например физических или логических объектов). Приведена идентификационная архитектура будущих сетей, которая поддерживает уникальное пространство идентификаторов, обеспечивает связь между определенными идентификаторами, представляющими объекты сети, и предоставляет информацию о взаимосвязи между идентификаторами при необходимости. Она также поддерживает поиск идентификаторов целевых объектов сети для обеспечения их взаимодействия.

Идентификационная архитектура FN соединяет разные объекты коммуникаций и физические сети и состоит из четырех компонентов (рис. 4).

1. Служба распознавания идентификаторов , которая обнаруживает разные типы идентификаторов, связанные с объектами коммуникаций.

2. ID-пространство, которое определяет и управляет разными видами идентификаторов: пользователей, данных либо контента; служебные ID, ID узлов и ID местоположения.

3. Реестры отображения ID, которые поддерживают отображения связей между разными видами идентификаторов.

4. Служба отображения ID , которая преобразует идентификаторы одной категории в идентификаторы других категорий для достижения непрерывного обслуживания на гетерогенных физических сетях, таких, как сети IP версии 6 (IPv6), версии 4 (IPv4) или не IP-сети, способные использовать разные протоколы для передачи пакетов данных.

__________________________________________________________________________

* ITU-T Recommendations Y.2000-Y.2999: Next Generation Networks [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser=Y.

** Сети следующего поколения / А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева, С.В. Ваняшин, И.А. Чечнева; под ред. А.В. Рослякова. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 424 с.

*** ITU-T Recommendations Y.3000-Y.3499: Future networks [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser=Y.

Окончание статьи в следующем номере «ИКС».

Перспективы развития сетевых технологий

Сергей Пахомов

Пользователи ПК уже давно смирились с мыслью, что угнаться за темпами обновления комплектующих для ПК невозможно. Новый процессор последней модели перестает быть таковым уже через два-три месяца. Столь же стремительно обновляются и другие компоненты ПК: память, жесткие диски, материнские платы. И несмотря на заверения скептиков, которые утверждают, что для нормальной работы с ПК сегодня достаточно и процессора Celeron 400 МГц, множество компаний (во главе с Microsoft, конечно) неустанно трудятся над тем, чтобы найти достойное применение «лишним» гигагерцам. И надо отметить, что это у них неплохо получается.

а фоне возрастающей мощности ПК бурными темпами развиваются и сетевые технологии. Обычно развитие сетевых технологий и аппаратной части компьютеров традиционно рассматривается по отдельности, однако эти два процесса оказывают сильное влияние друг на друга. С одной стороны, увеличение мощности компьютерного парка в корне меняет контент приложений, что приводит к росту объемов информации, передаваемой по сетям. Быстрый рост IP-трафика и конвергенция сложных приложений для работы с голосом, данными и мультимедиа требуют постоянного наращивания пропускной способности сетей. При этом основой экономичных и высокопроизводительных сетевых решений остается технология Ethernet. С другой стороны, сетевые технологии не могут развиваться будучи не привязанными к возможностям компьютерного оборудования. Вот простой пример: для того чтобы реализовать потенциальные возможности гигабитного Ethernet, потребуется процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой не менее 2 ГГц. В противном случае компьютер или сервер будет просто не в состоянии переварить столь высокий трафик.

Влияние сетевых и компьютерных технологий друг на друга постепенно приводит к тому, что персональные компьютеры перестают быть только персональными, а начавшийся процесс конвергенции вычислительных и коммуникационных устройств мало-помалу избавляет персональный компьютер и от «компьютерности», то есть коммуникационные устройства наделяются вычислительными возможностями, что сближает их с компьютерами, а последние, в свою очередь, приобретают коммуникационные возможности. В результате такого сближения компьютеров и коммуникационных устройств постепенно начинает формироваться класс устройств следующего поколения, которые уже перерастут роль персональных компьютеров.

Впрочем, процесс конвергенции вычислительных и коммуникационных устройств еще только набирает обороты, и судить о его последствиях пока еще рано. Если же говорить о дне сегодняшнем, то стоит отметить, что после продолжительного застоя в развитии технологии для локальных сетей, который характеризовался господством Fast Ethernet, наблюдается процесс перехода не только на более высокоскоростные стандарты, но и на принципиально новые технологии сетевого взаимодействия.

Сейчас разработчикам на выбор предоставлены четыре возможности модернизации сетей:

Gigabit Ethernet для корпоративных пользователей;

Беспроводной Ethernet в офисе и дома;

Сетевые средства хранения данных;

10 Gigabit Ethernet в городских сетях.

Ethernet имеет несколько особенностей, которые обусловили повсеместное распространение этой технологии в IP-сетях:

Масштабируемая производительность;

Масштабируемость для применения в различных сетевых приложениях - от локальных сетей малого радиуса действия (до 100 м) до городских сетей (40 и более километров);

Низкая цена;

Гибкость и совместимость;

Простота использования и администрирования.

В совокупности эти особенности Ethernet позволяют применять данную технологию в четырех основных направлениях развития сетей:

Гигабитные скорости для корпоративного применения;

Беспроводные сети;

Системы сетевого хранения данных;

Ethernet в городских сетях.

В настоящее время Ethernet является наиболее широко используемой технологией создания локальных сетей во всем мире. По данным компании International Data Corporation (IDC 2000), более 85% всех локальных сетей построено на основе Ethernet. Современные технологии Ethernet далеко ушли от спецификаций, предложенных доктором Робертом Меткалфом и разработанных совместными усилиями компаний Digital, Intel и Xerox PARC в 1980 году.

Секрет успеха Ethernet легко объясним: за последние два десятилетия стандарты Ethernet постоянно совершенствовались, чтобы соответствовать все возрастающим требованиям к компьютерным сетям. Разработанная в начале 80-х годов технология Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с эволюционировала сначала в версию со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, а в наши дни - в современные стандарты Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet.

Ввиду низкой стоимости решений на базе гигабитной технологии Ethernet и четко выраженного намерения поставщиков решений дать своим клиентам технологический запас на будущее, поддержка гигабитного Ethernet становится обязательной для корпоративных настольных ПК. IDC сообщает, что, по некоторым оценкам, к середине этого года более 50% поставляемых устройств для локальных сетей будут поддерживать Gigabit Ethernet.

Через год или два после того, как клиенты начнут переходить на Gigabit Ethernet, будет модернизирована и вся инфраструктура. Если следовать историческим тенденциям, то где-то в середине 2004 года наступит переломный момент в спросе на гигабитные коммутаторы. Широкомасштабное использование Gigabit Ethernet на настольных ПК, в свою очередь, приведет к необходимости применения 10 Gigabit Ethernet в серверах и магистралях корпоративных сетей. Использование 10 Gigabit Ethernet отвечает нескольким ключевым требованиям к высокоскоростным сетям, включая меньшую совокупную стоимость владения по сравнению с используемыми в настоящее время альтернативными технологиями, гибкость и совместимость с существующими сетями Ethernet. Благодаря всем этим факторам 10 Gigabit Ethernet становится оптимальным решением для городских сетей.

Изготовители оборудования и провайдеры услуг в ходе создания городских сетей могут столкнуться с некоторыми проблемами. Следует ли расширять имеющуюся инфраструктуру SONET/SDH или стоит сразу перейти на более экономичную инфраструктуру на базе Ethernet? В современных условиях, когда операторам сетей необходимо снизить затраты и обеспечить скорейший возврат инвестиций, сделать выбор как никогда сложно.

Совместимые с существующим оборудованием, эти гибкие, многофункциональные решения с различными скоростями передачи данных и отличным соотношением «цена/производительность» ускоряют внедрение решений на базе 10 Gigabit Ethernet в городских сетях.

Кроме начавшегося процесса перехода от технологии Fast Ethernet к Gigabit Ethernet, 2003 год ознаменовался массовым внедрением беспроводных технологий. За последние несколько лет преимущества беспроводных сетей стали очевидными для большого круга людей, а сами устройства беспроводного доступа теперь представлены в большем количестве и по более низкой цене. По этим причинам беспроводные сети стали идеальным решением для мобильных пользователей, а также выступили в качестве инфраструктуры мгновенного доступа для широкого круга корпоративных клиентов.

Высокоскоростной стандарт передачи данных IEEE 802.11b был принят почти всеми производителями оборудования для беспроводных сетей со скоростью передачи данных до 11 Мбит/с. Сначала он был предложен как альтернативный вариант для построения корпоративных и домашних сетей. Эволюция беспроводных сетей продолжилась с появлением стандарта IEEE 802.11g, принятого в начале нынешнего года. Этот стандарт обещает значительный рост скорости передачи данных - до 54 Мбит/с. Его задача - обеспечить корпоративным пользователям возможность работы с требовательными к полосе пропускания приложениями, не жертвуя при этом объемом передаваемых данных, но улучшая масштабируемость, помехоустойчивость и безопасность данных.

Безопасность продолжает оставаться очень важным вопросом, поскольку мобильные пользователи, количество которых постоянно растет, требуют возможности безопасного беспроводного доступа к своим данных в любом месте и в любое время. Недавние исследования показали уязвимость шифрования по протоколу Wired Equivalent Privacy (WEP), что делает защиту WEP недостаточной. Создание надежной и масштабируемой системы безопасности возможно с помощью технологий виртуальных частных сетей (VPN), поскольку они обеспечивают инкапсуляцию, аутентификацию и полное шифрование данных в беспроводной сети.

Быстрый рост популярности электронной почты и электронной коммерции cтал причиной резкого увеличения потока данных, передаваемых по общедоступной сети Интернет и по корпоративным IP-сетям. Увеличение трафика данных способствовало переходу от традиционной серверной модели хранения данных (Direct Attached Storage, DAS) к инфраструктуре самой сети, в результате чего появились сети хранения данных (SAN) и сетевые устройства хранения данных (NAS).

В технологиях хранения данных происходят важные изменения, ставшие возможными благодаря появлению сопутствующих сетевых технологий и технологий ввода-вывода. Эти тенденции включают:

Переход к технологиям Ethernet и iSCSI для решений хранения данных на базе IP;

Внедрение архитектуры InfiniBand для кластерных систем;

Разработку новой архитектуры последовательной шины PCI-Express для универсальных устройств ввода-вывода, поддерживающей скорость до 10 Гбит/с и выше.

Новая технология на базе Ethernet под названием iSCSI (Internet SCSI) является высокоскоростным, недорогим и функционирующим на больших дистанциях решением хранения данных для Web-сайтов, провайдеров услуг, коммерческих фирм и других организаций. По этой технологии традиционные команды SCSI и передаваемые данные инкапсулируются в пакеты TCP/IP. Стандарт iSCSI позволяет создавать недорогие сети хранения данных на базе IP, обладающие отличной совместимостью.

Интернет-технологии будущего. Топ-3 самых необычных способов передачи информации

Куда будет двигаться научный прогресс, что будет с мировым телекоммуникационным рынком в дальнейшем, какие технологии станут доступными рядовым Интернет-пользователям, насколько могут увеличиться скорости Интернет-доступа в ближайшие 5-10 лет? Мы попытаемся ответить на эти и другие вопросы об Интернет-технологиях будущего. Представляем вам наш рейтинг топ-3 самых необычных способов передачи информации. На сегодняшний день это экспериментальные разработки, но через несколько лет они могут плотно войти в нашу повседневную жизнь.

3. На третьем месте самая быстрая в мире беспроводная технология передачи данных – при помощи световых вихрей . Ее изобрели и впервые использовали в 2011-2012 гг. ученые из университета Южной Калифорнии, Тель-Авивского университета и Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения. Данная технология позволяет ускорить беспроводную передачу информации до 2,5 Тбит/с (примерно 320 Гбайт/с).

Суть технологии: каналом передачи данных выступают электромагнитные волны, которые закручивают в вихри строго определенной формы. При этом в пределах одной волны может быть сколько угодно информационных потоков. Таким образом, можно передавать огромные массивы данных на сверхвысоких скоростях. Такие «световые вихри» используют угловой орбитальный момент (Orbital Angular Momentum, OAM), что на порядок серьезнее и технологичнее, чем использующийся в современных протоколах передачи данных сетей Wi-Fi и LTE угловой спин-момент (spin angular momentum, SAM). Ученые в процессе тестирования технологии применили единый световой луч, состоящий из 8-ми отдельных лучей с разными значениями OAM-момента.

Применение: пока что в построении беспроводных сетей эта технология не может быть использована, но зато она отлично подходит для оптоволоконных сетей. Последние как раз подходят к своим физическим ограничениям – дальше значительно увеличивать скорость и объемы передачи данных просто некуда, – поэтому технология световых вихрей может стать новой ступенью в развитии волоконно-оптического Интернет-соединения.

Недостатки: данная технология находится пока на начальном этапе развития, поэтому передавать данные посредством световых вихрей можно лишь на очень небольшое расстояние. Ученые смогли стабильно передавать информацию только на расстояние в 1 метр.

2. Вторую позицию заняла самая мощная в мире беспроводная технология передачи данных – нейтринные лучи можно использовать для передачи сигнала сквозь любые предметы. Частицы нейтрино могут проходить через любые преграды, не взаимодействуя с материалом. Так, ученым из университета Рочестера удалось передать сообщение через 240-метровую каменную глыбу, чего не может ни одна из ныне доступных беспроводных технологий. Если нейтринные лучи начнут использовать на практике, то сигналу не нужно будет огибать Землю, а можно будет просто проходить сквозь нее. Это значительно упростило бы Интернет-соединение между материками и другими удаленными друг от друга точками.

Суть технологии: данные передаются беспроводным путем, при помощи нейтринных лучей. При этом частицы нейтрино разгоняют до скорости света (или что-то около того), и они проходят через любой материал, не взаимодействуя с ним.

Применение: в будущем, если технология получит развитие, нейтринные лучи можно будет использовать для передачи информации на сверхдальние расстояния и в труднодоступные места. Сегодня все беспроводные технологии требуют прямую видимость между передатчиком и приемником сигнала, а это не всегда возможно. Вот почему нейтринная технология столь интересна и полезна для телеком-рынка.

Недостатки: в настоящий момент оборудование для передачи данных посредством нейтринных лучей очень дорогое и громоздкое (но то же самое мы говорили о мобильных телефонах и компьютерах еще 10-15 лет назад). Для этой технологии передачи информации нужен мощный ускоритель частиц, которых в мире всего несколько. Ученые, которые изучают передачу данных через нейтринные лучи, используют ускоритель частиц Fermilab (4 км в диаметре) и детектор частиц MINERvA (вес составляет 5 т).

1. Лидером в рейтинге стала технология RedTacton , которая использует самый биологический канал передачи данных – кожу человека . Бывало ли с вами такое, что вы смотрели фильм про шпионов с их высокотехнологичными штучками и тоже хотели одним прикосновением руки получать информацию на свой телефон, обмениваться электронными визитками и любыми другими данными при помощи рукопожатия или распечатывать документы, просто проведя рукой по принтеру? Все это и еще многое другое может стать реальностью, если технология RedTacton получит развитие.

Суть технологии: технология построена на том, что каждый человек обладает электромагнитным полем, а его кожа может выступать каналом передачи сигнала между несколькими электронными устройствами. В основе технологии лежит использование электрооптических кристаллов, свойства которых изменяются под действием электромагнитного поля человека. А уже с кристаллов при помощи лазера считываются изменения и переводятся в удобоваримый формат.

Причем система RedTacton может работать не только в обычных условиях, но и под водой, в вакууме, в космосе.

Применение: сегодня нам приходится часто пользоваться разными кабелями, переходниками и проч. для того, чтобы, например, подключить телефон к ноутбуку или принтер к ПК. Если технология RedTacton будет развиваться, то вскоре все эти провода станут ненужными. Достаточно будет взять в одну руку один гаджет, а другой рукой касаться второго устройства. И соединение между ними произойдет через наш кожный покров. Уже сегодня большинство смартфонов оснащены экранами, которые работают от электромагнитных импульсов на кончиках наших пальцев.

И это только первые шаги в популяризации данной технологии. Она может применяться в медицине (все ваши медицинские данные можно записать на специальный чип, который предупредит врача об аллергиях и непереносимости того или иного препарата после прикосновения к вам), вооруженных силах (можно сделать оружие, которое среагирует только на руки владельца, и ваши дети никогда не смогут навредить себе, если найдут дома ваш пистолет или охотничье ружье), в быту (ключи к входной двери больше не нужны, можно просто прикоснуться к замку и он сработает от электромагнитного импульса), на производстве (на заводах могут быть установлены датчики, которые предупредят вас об опасных зонах и поломках, вы сможете быстро уладить неисправность, просто прикоснувшись к прибору) и мн. др.

Недостатки: технология пока не изучена достаточно, чтобы точно сказать, что она является абсолютно безвредной для организма человека. Внедрять RedTacton в массы можно будет только после того, как будет проведено множество опытов и исследований. Опасности, прежде всего, могут подвергаться люди с повышенной чувствительностью и некоторыми медицинскими проблемами (особенно с сердечными заболеваниями). Кроме того, вездесущие хакеры через какое-то время найдут способ воровать данные людей или запускать компьютерные вирусы, прикасаясь к ним в транспорте или на улице. Но основной проблемой этой технологии может стать психология людей – многие сегодня боятся компьютеров, Wi-Fi сетей и микроволновых печей, а можете себе представить, что с ними будет, если их собственное тело станет передатчиком информации?

Наука и технологии движутся вперед. А Интернет-технологии развиваются едва ли не быстрее всех остальных. Каждый год ученые изобретают все новые способы обмениваться информацией, общаться на расстоянии, собирать, хранить и передавать различные данные. Пройдет еще десяток лет, и мы будем пользоваться каждый день теми устройствами и возможностями, о которых сегодня можем только мечтать. И наш рейтинг топ-3 наиболее необычных способов передавать информацию, возможно, немного приоткрыл для вас завесу будущего.

Интернет вещей (от англ. Internet of Things или сокращ. IoT) представляет собой систему окружающих вас устройств, подключенных к друг другу и к сети Интернет. На сегодняшний момент эта отрасль стремительно развивается революционными скачками. Такой технический прогресс в эволюции человечества сравним разве что с изобретением парового двигателя или последующей индустриализацией электричества. К этому дню цифровая трансформация полностью видоизменяет самые различные отрасли в экономической области и трансформирует наше привычное окружение. При этом, как очень часто бывает в таких случаях, будучи в начале пути, окончательный эффект всех превращений трудно спрогнозировать.

Процесс, который уже запущен, скорее всего, не может быть равномерным и на данном этапе некоторые рыночные отрасли, оказываются, в большей степени готовы к изменениям, чем некоторые другие. К первым отраслям следует отнести потребительскую электронику, транспортные средства, логистику, финансовый и банковский сектор; ко вторым можно отнести сельское хозяйство и.т.п. Хотя стоит отметить, что и в этом направлении разработаны успешные пилотные проекты, которые впоследствии обещают принести довольно значимые результаты.

Проект под названием TracoVino, является одной из первых попыток внедрить интернет вещей в знаменитой долине Мозеля, которая к тому же носит звание старейшего винодельческого региона в современной Германии. В основе решения заложена облачная платформа, которая будет автоматизировать все процессы в винограднике, начиная от выращивания продукта до его окончательно бутилирования. Информация, необходимая для принятия решений, будет поступать в электронную систему от нескольких типов датчиков. Кроме определения температуры, влажности почвы и наблюдения за окружающей средой, датчики смогут определять количество полученной солнечной радиации, кислотность земли и содержание в ней различных биогенных веществ. Что это может дать в конце? А то, что компания не только позволит виноделам получать общую картину о состоянии их виноградника, но и анализировать его некоторые области. В конечном счёте, это предоставит возможность людям заблаговременно выявлять проблемы, получать полезную информацию о возможном заражении и даже получить прогноз о возможном качестве и общем количестве вина. Виноделы смогут заключать с бизнес партнёрами форвардные контракты.

Какие ещё области можно подсоединить к такой инновации?

К наиболее развитым сценариям использования IoT, нужно конечно отнести «умные города». Согласно изученным данным, которые были получены от различных компаний, таких как Beecham Research, Pike Research, iSupply Telematics, а также министерства транспорта США, на сегодняшний момент в рамках реализации данных проектов по всему миру насчитывается порядка миллиарда технических устройств, которые отвечают за те или иные функции в системах снабжения водой, управления городским транспортом, общественным здравоохранением и безопасностью. Сюда следует отнести умные парковки, которые оптимизируют использование стояночных мест, интеллектуальные системы водоснабжения, которые мониторят качество потребляемой жителями города воды, умные автотранспортные остановки, которые позволяют получить детальные сведения о времени ожидания нужного транспорта и многое другое.

В промышленной сфере уже работают сотни миллионов устройств, которые готовы к подключению. Среди таких систем можно выделить системы умного технического обслуживания и ремонта, логистического учёта и безопасности, интеллектуальные насосы, компрессоры и клапаны. Огромное количество разнообразных устройств уже давно задействовано в энергетической сфере и системе ЖКХ - это многочисленные счётчики, элементы автоматики распределительных сетей, оборудование для потребительских нужд, электрозарядная инфраструктура, а также техническое обеспечение для возобновляемых и распределяемых источников питания. В медицинской области к интернету вещей на данный момент подключаются и будут у будущем подключены диагностические средства, мобильные лаборатории, имплантаты различных направлений, технические устройства для расширения телемедицины.

Перспективы количества подключенных устройств к интернету в будущем

По различным наблюдениям в ближайшем будущем количество технических подключений будет соразмерно увеличиваться и составит рост в 25% каждый год. А вообще к 2021 году в мире будет насчитываться порядка 28 миллиардов подключённых гаджетов и устройств. Из всей этой суммы всего лишь 13 миллиардов будет приходиться на привычные потребительские девайсы, такие как телефоны, планшеты, ноутбуки и компьютеры. А остальные 15 миллиардов устройств будут представлены пользовательскими и промышленными устройствами. Сюда можно отнести различные датчики, терминалы для продаж, автомашины, табло и т.п.

Несмотря на то, что приведённые выше данные из ближайшего будущего поражают умственное воображение, всё же и они не являются окончательной цифрой. Интернет вещей будет внедряться с каждым разом всё активнее и активнее, и чем дальше, тем больше устройств (простых или сложных) придётся подключить. По мере того, как развиваются человеческие технологии, а особенно под влиянием запуска инновационных сетей 5G после 2020 года, общий прирост подключённой техники будет шагать стремительными темпами и очень быстро достигнет цифры в 50 млрд.

Массовый характер подключений к сети, а также многочисленные сценарии использования, диктуют новые требования к технологии IoT по самому широкому диапазону. Скорость передачи информации, всякого рода задержки, а также надёжность (гарантированность) передачи данных определяются особенностями конкретного применения. Но, несмотря на это есть ряд общих целевых показателей, которые заставляют нас отдельно смотреть на сетевые технологии для IoT и их отличия от привычных всем сетей телефонной связи.

Наипервейшей задачей является стоимость реализации сетевой технологии. Ведь в конечном устройстве она должна быть существенно меньше существующих на сегодняшний момент модулей GSM/WCDMA/LTE, которые используются при производстве телефонов и модемов. Одна из причин, которая сдерживает массовое внедрение подключённых устройств - это слишком высокая финансовая составляющая самого чипсета, реализующего полный стек сетевых технологий, куда включена передача голоса и многие иные функции, которые не являются столь необходимыми в большинстве доступных сценариев.

Главные требования к новым системам

Связанное с этим вопросом, но формулируемое отдельным требование - это низкие затраты на энергоресурсы и как можно более длительное время автономной работы. Большое количество сценариев в области применения интернета вещей предусматривают автономную работу подключённых устройств от встроенных в них элементов питания. Упрощение сетевых модулей и энергоэффективная модель позволят достичь автономной работы, которая будет рассчитана до 10 лет, при обшей ёмкости элемента питания в 5 Вт*ч. Таких цифр, в частности, можно будет достичь благодаря уменьшению объёма передаваемой информации при использовании длительных периодов «молчания», в течение которых, гаджет не будет получать и не передавать сведения. Таким образом он практически будет потреблять малое количество электроэнергии. Правда стоит отметить, что реализация конкретных механизмов, конечно, отличается в зависимости от того, к какой технологии его будут применять.

Покрытие сети - это ещё одна характеристика, которую следует досконально изучить и рассмотреть. На сегодняшний момент покрытие мобильной сети в достаточном объёме передаёт устойчивую передачу данных в населённые пункты, в том числе и внутрь зданий. Но в то же время, подключённые устройства могут быть и там, где массового скопления людей большую часть времени попросту нет. Сюда можно отнести отдалённые труднодоступные районы, огромные железнодорожные перегоны, поверхность обширных морей и океанов, земляные подвалы, изолированные бетонные и металлические короба, шахты лифта, железные контейнеры и т.д. Целевым ориентиром разрешения этой проблемы, по мнению большинства людей задействованных на IoT рынке, является улучшение бюджета линии на 20 dB по отношению к традиционным сетям GSM, которые пока являются лидерами по покрытию среди мобильных технологий на сегодня.

Для интернета вещей выдвигаются повышенные требования к стандартам связи

Различные сценарии применения интернета вещей в различных сферах деятельности предполагают совершенно разноплановые требования к связи. И здесь вопрос стоит не только в возможностях быстрого масштабирования сети в плане числа требующих подключения устройств. Например, видно, что в вышеупомянутом примере «умного виноградника» применяется большое количество достаточно несложных датчиков, а ведь на промышленных предприятиях уже будут подключены довольно сложные агрегаты, которые выполняют самостоятельные действия, а не просто фиксируют определённые сведения, возникающие в окружающей среде. Также можно упомянуть и медицинскую область применения, в частности техническое оборудование для телемедицины. Применение данных комплексов, работой которых является проведение дистанционной диагностики, мониторинг за сложными врачебными манипуляциями и удалённым обучением с использованием видеоконтента как связи в режиме реального времени, несомненно, в будущем будет предъявлять всё более и более новые требования в плане обрывов сигнала, передачи сведений, а также надёжности и безопасности связи.

Технологии интернета вещей обязаны быть предельно гибкими, дабы обеспечивать многообразный набор сетевых характеристик в зависимости от сферы применения, приоритезации десятков и сотен различных видов сетевого трафика и правильное распределение ресурсов сети для обеспечения экономической эффективности. Огромное количество подключённой техники, десятки различных сценариев применения, гибкое управление и контроль - вот, всё то, что обязано быть реализовано в рамках общей сети.

Текущему решению поставленных задач уже посвящены долгие наработки и разработанные сценарии последних лет в сфере беспроводной передачи информации. Это связанно как со стремлением внедрить уже имеющиеся сетевые архитектуры и протоколы, так и для создания инновационных системных решений буквально с самого начала. С одной стороны очень чётко прослеживаются так называемые «капиллярные решения», которые сравнительно неплохо решают задачи IoT коммуникаций в рамках одного здания или территории с ограниченным потенциалом. К этим решениям можно отнести такие популярные сегодня сети как Wi-Fi, Bluetooth, Z-Wave, Zigbee и их иные цифровые аналоги.

С другой стороны - нынешние мобильные технологии, которые со всей очевидностью располагаются вне конкуренции с точки зрения обеспечения сетевого покрытия и масштабируемости хорошо управляемой инфраструктуры. Как говорится в исследовательском докладе Ericsson Mobility Report, общее покрытие GSM сети составляет на сегодня порядка 90% заселённой территории планеты, сети WCDMA и LTE покрывают 65% и 40% непосредственно при активном строительстве новых сетей. Шаги, предпринятые в рамках развития стандартов мобильной связи, в частности спецификации 3GPP Release 13 направлены как раз на достижение целевых для IoT показателей при сохранении преимуществ использования глобальной экосистемы. Усовершенствование данных технологий в будущем, станет прочным фундаментом грядущих модификаций стандартов мобильной связи, куда помимо прочего и входят стандарты сетей пятого поколения (5G).

Альтернативные разработки низкой мощности для нелицензируемого частотного спектра, в большинстве своём, направлены на более специализированное применение. К тому же необходимость разработки новой инфраструктуры и закрытость технологий прямо влияют на распространение подобных мировых сетей.