В данной статье рассматривается волоконно-оптических систем передач и Интернет вещей в качестве одного из десяти направлений информационных технологий.
Ключевые слова:IoE, IoNT, DWDM, ВОСП, ITU-T, ССОП, NGN, QoS
Актуальность темы. Спрос на скоростные телекоммуникационные технологии стал очевидным, когда потребление мобильных данных с 6-ю миллиардами пользователей по прогнозам к 2016 году вырастает до 40 трлн мегабайт. В результате сегодня телекоммуникационный мир работает с сетями передачи на скорости 100 G (100 Гбит/с).
Поэтому прогресс не стоит на месте и регулярно появляются сообщения о новых технологиях и достигнутых скоростях передачи информации на телекоммуникационных магистралях. В основном прогресс связан с развитием технологии передачи информации по современным волоконно-оптическим кабелям. Отсюда основой современных первичных телекоммуникационных сетей стала система оптической связи.
Постановка задачи. Создание оптических магистралей нового поколения, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях, потребовало разработки новой сетевой технологии — уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM).
Решение задачи. В данной технологии волоконно-оптическая система передачи (ВОСП) передаёт информацию в оптическое волокно одновременно большим количеством световых волн-лямбд. При этом каждая волна представляет собой отдельный спектральный канал и несёт собственную информацию. Основными функциями электронного оборудования сети DWDM являются операции мультиплексирования и де мультиплексирования. То есть происходит объединение различных волн в одном световом пучке, а затем выделение информации каждого спектрального канала из общего сигнала. Система передачи доставляет информацию до мест, где производится её адресная раздача. Основной характеристикой любой системы передачи является её полоса пропускания — непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает заранее заданный предел. Ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на пропускную способность системы передачи-максимально возможную скорость передачи данных в бит/сек., которая может быть достигнута в этой системе передачи. Если этот термин характеризует среду передачи, то он означает ширину полосы частот в герцах.
Особо следует отметить, что только технология DWDM выполняет операции мультиплексирования и коммутации световых сигналов без преобразования их в электрическую форму. Все другие типы технологий с использованием световых сигналов для передачи информации перед мультиплексированием и коммутированием преобразовывают их в электрические. Создание ВОСП DWDM потребовало разработки волоконно-оптических усилителей, непосредственно усиливающих световые сигналы в третьем окне прозрачности ОВ в диапазоне λ=1528–1565 нм, что соответствует частотному промежутку 192–196 ТГц. Вся современная линейка оборудования ВОСП строится по простой схеме 10 G — 40 G — 100 G — 400 G — 1T — …
При передаче по ОВ двоичного цифрового сигнала со скоростью, например, 10 G или 10 Гбит/сек. требуется полоса пропускания ~30 ГГц, что составляет меньше одного процента от полосы пропускания, равной 4 ТГц. Поэтому и возник новый принцип построения ВОСП-СР, названный DWDM. Стандартом ITU-T установлены частотные планы, определяющие значения центральных частот спектральных каналов в линейном спектре ВОСП-СР с шагом в 100, 50, 25, 12.5 ГГц. Использование волновых (частотных) мультиплексоров на основе оптических многослойных усилителей, работающих в вышеуказанном частотном диапазоне, а также сокращение шага между волнами, например, до 50 ГГц и 25 ГГц, позволяет увеличивать количество одновременно передаваемых длин волн до 80–160, т. е. обеспечивает передачу трафика со скоростями 800 Гбит/сек-1.6 Тбит/сек в одном направлении по одному ОВ. Появление оптических усилителей, работающих в вышеуказанном диапазоне, а также сокращение шага между волнами позволило Huawei в 2012 году создать первую в мире систему магистральной передачи 400G DWDM с пропускной способностью до 20 Тбит/сек. по одному волокну на расстояние до 1000 км без промежуточной электрической регенерации. Система обладает самой высокой эффективностью, поскольку использовала минимальный шаг в 12.5 ГГц. Согласно последним новостям, специалисты Эйндховенского технологического института (Нидерланды) и Центрального Флоридского университета (США) разработали ВОСП-СР с пропускной способностью до 255 Тбит/сек. При такой скорости информация в 1гигабайт будет передана за 31 микросекунды, а 1 терабайт за 0.03 сек.
Развитие сетей связи общего пользования (ССОП) до 2010 года осуществлялось на базе концепции сетей связи следующего поколения (NGN), которая предусматривала эволюционный переход от сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов. К 2010 году пропускная способность каналов связи приблизилась к насыщению как из- за увеличения вычислительных мощностей мобильных терминалов и вычислительной емкости, работающих в них приложений, так и из-за достижения максимально возможной эффективности использования радио спектра в технологиях LTE/LTE-A. Кардинальное увеличение пропускной способности сети можно было получить лишь за счёт расширения полосы частот, что и было сделано в технологии ВОСП DWDM. В NGN клиентская база — человек с его терминалом. Поэтому концепция NGN была рассчитана на обслуживание до нескольких миллиардов человек, с чем она прекрасно справляется.
С ростом пропускной способности сети в 1000 раз появилась новая возможность — возможность взаимодействия устройств между собой без участия человека. Теперь необходимость построить триллионную сеть, в которой клиентская база — вещи (устройства, приборы, базы данных и т. д.). Такая концепция получила название «Интернет вещей» (ИВ). Международный союз электросвязи (ITU-T) даёт следующее определение вещи: «Объекты физического мира (физические вещи) или информационного мира (виртуальные вещи), которые можно идентифицировать и интегрировать в сети связи» (Overview of Internet of Things, ITU-T, Geneva, 2012). Около 60 ти IT-компаний уже объединились для развития ИВ. Цель- разработка стандартов ИВ, чтобы устройства разных производителей могли передавать информацию друг другу. Уже в 2014 году техника, которая подключена к WWW могла передавать информацию другим устройствам и пользователям (холодильники, которые сообщают владельцу какие продукты скоро испортятся и что можно изготовить из оставшихся).
Выводы. Концепция ИВ — новый этап в развитии телекоммуникаций. Она требует изменить принципы построения сети, создать новые протоколы, исследовать новые модели трафика, искать новые алгоритмы маршрутизации, ввести дополнительные метрики QoS и т. п.
Фундаментальными характеристиками концепции ИВ в соответствии с рекомендациями IIU-T являются:
- Связанность — возможность любой вещи быть связанной с глобальной инфокоммуникационной сетью.
- Обеспечение вещей услугами.
- Гетерогенность-вещи, построенные на различных аппаратных, программных платформах и сетях, смогут взаимодействовать друг с другом.
- Динамические изменения, при которых статус вещей может изменяться: спящий-активный, связан сейчас с сетью — не связан, число вещей, их местоположение. Поэтому в каждый момент времени будут случайными число узлов и взаимосвязей между ними, но всё это происходит при помощи самоуправления и само конфигурации.
В настоящее время, «Интернет вещей» плавно переходит в «Интернет всего» или «Всеобщий Интернет» (Internet of Everything, IoE), другое название — «Всеобъемлющий Интернет». Всеобщий Интернет объединяет в себе не только неодушевленные предметы, но и людей, процессы и данные [2].
Рис.1. ВсеобщийИнтернет (Internet of Everything, IoE)
Примеры самоорганизующихся сетей:
а) всепроникающие сенсорные сети (USN);
б) сети для транспортных средств (VANET);
в) городские сети (NANET);
г) медицинские сети (MBAN).
Таким образом, ИВ становится самой перспективной технологией. Уже реализованы и реализуются проекты, как частными, так и госкомпаниями в сфере «умных» городов, горнорудной и нефтяной промышленности, торговли, здравоохранения и т. п. В Чикаго в сентябре 2014 г. прошёл всемирный форум по ИВ, так как в этом городе широко используется ИВ, большие данные и различные датчики для создания новых городских услуг, обеспечения прозрачности операций, оповещения МЧС, управления уличным движением и освещением, графика снегоуборки, борьбы с грызунами.
По оценкам в 2017–20–х годах ожидается подключение к сетям связи 7 триллионов вещей (устройства, приборы, базы данных и т. д.) Согласно последним данным, корпорация Iutel уже в этом 2015 году поступила к массовому производству продукции на базе 14 –нм технологии, позволяющей создавать серверы, персональные компьютеры и решения для «Интернета вещей». В результате предельное число Nanocomputers andSwarmIntelligence вещей в сетях связи оценивается как 3000- 5000 единиц в расчете на одного человека. А это порядка 50 триллионов вещей в сети. В связи с эти появилось новое понятие, Интернет нано вещей» IoNT- множество связанных беспроводной связью устройств, которые имеют выход на сети связи, и прежде всего, в Интернет. В результате 99 % физических объектов станут частями единой сети [3].
Первичные телекоммуникационные сети при этом должны работать на мульти гигабитных и терабитных скоростях. Поэтому АК «Узбектелеком» совместно с японской корпорацией NEC ввели в эксплуатацию новую DWDM- линию с скоростью одной лямбды в 100 Гбит/с. В результате в несколько раз расширилась пропускная способность магистральных сетей передачи данных, что обеспечило высокоскоростной доступ пользователям Узбекистана к интернет- услугам.
В DWDM- технологии используется новый метод мультиплексирования-информация в оптическом волокне передается одновременно большим количеством световых волн- лямбд. При этом каждая световая волна представляет собой отдельный спектральный канал и несёт собственную информацию.
Литература:
- А. К. Кучерявый, Интернет вещей, электросвязь, № 1 (21) 2013 г.
- http://www.bizhit.ru/index/trend_www_trafic/0–171
- Transactions of the international scientific conference “Рerspectives for the development of information technologies ITPA 2015”4–5 November, 2015., «ICT and internet of things»
