Методическое и информационно-аналитическое обеспечение
Скачать 3.69 Mb.
|
7.3 Телекоммуникационные технологии7.3.1 Прототипы сетей и элементов коммуникационных инфраструктур с терабитовыми скоростями передачи информацииВведение Современная коммуникационная инфраструктура представляет собой совокупность магистральных сетей, локальных сетей и сетей мегаполисов. В зависимости от среды передачи данных линии связи подразделяют на: проводные, кабельные (медные и волоконно-оптические) и радиоканалы наземной и спутниковой связи. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) обеспечивают наиболее высокую скорость передачи данных, на их долю приходится большинство каналов передачи данных. Волоконно-оптический кабель используется как для дальней связи, так и для организации решений «последней мили» – подключения конечных потребителей по технологиям FTTx – «fiber-to-the-x». «Х» может представлять собой домашнее хозяйство (fiber-to-the-home – FTTH), строение (fiber-to-the-building – FTTB) или точку доступа (fiber-to-the-node – FTTN). Элементы ВОЛС подразделяются на активные и пассивные. К активным относят: источники и приемники излучения, усилители, регенераторы, мультиплексоры, демультиплексоры, коммутаторы и модуляторы; к пассивным – оптическое волокно, муфты [45-49]. Общими трендами, которые выделяются в процессе анализа отрасли, являются:
Текущее состояние технологии (2012 – 2013 гг.) Передача в реальном времени потоков аудио- и видеоданных, развитие облачных вычислений, центров обработки данных и бизнес-приложений приводит к необходимости постоянного увеличения ёмкости каналов передачи данных. Для увеличения пропускной способности магистральных волоконных сетей связи используются различные ключевые технологии – временное разделение и спектральное уплотнение. В последние годы получила широкое распространение технология когерентной передачи по оптическому волокну 100G, которая позволяет передавать данные со скоростью от 40 до 100 Гбит/с на одну оптическую несущую и обеспечивает максимальную пропускную способность в 8,8 Тбит/с. Сетевую инфраструктуру 100G поставляют компании - лидеры в сфере телекоммуникаций: Alcatel-Lucent, Cisco, Huawei, NTT, Bell Labs. По прогнозу компании Dell’Oro, к 2015 году суммарный доход с развертывания каналов связи в 40 и 100 Гбит/с составит до $ 4,7 млрд [54]. Однако и 100 Гбит/c уже не предел скорости передачи данных в коммерческих системах связи. В феврале 2013 г. компания Alcatel-Lucent ввела в эксплуатацию 400 Гбит/с магистральную линию связи между Парижем и Лионом, обеспечивающую пропускную способность в 17,6 Тбит/с [50]. Россия, благодаря сотрудничеству с компаниями мирового масштаба, не слишком отстает от мирового уровня по скорости развертывания высокоскоростных коммерческих сетей. В октябре 2013 г. компания ТТК, которая является одним из крупнейших операторов связи в России, ввела в коммерческую эксплуатацию сеть связи с использованием когерентной технологии Ultra Long Haul (ULH) 100G на участках «Санкт-Петербург – Москва» и «Москва – Челябинск – Екатеринбург» [51]. Проект реализован на современном телекоммуникационном оборудовании компании Cisco Systems, которое позволило создать самый длинный в мире участок (от Москвы до Екатеринбурга) безрегенераторной передачи в наземных сетях связи в коммерческой эксплуатации – 2600 км. Подобные проекты с различными зарубежными организациями поддерживают и другие российские компании – Мегафон, Национальные кабельные сети [48,52]. Таким образом, в ближайшее время ожидается увеличение количества коммерческих сетей 100G в России и в мире, ведутся разработки по их усовершенствованию, удешевлению, адаптации к повсеместному применению [53]. Среди решений «последней мили» наблюдается увеличение количества развертываемых широкополосных волоконно-оптических локальных сетей: согласно прогнозу ABI Research количество подключений по технологии FTTH достигнет в мире 23% к концу 2013 года [54]. В Японии технология FTTH применяется повсеместно и является наиболее распространенной. В США наиболее известными операторами, обеспечивающими FTTx- решения, являются компании Verizon и AT&T [46]. Тенденции развития на краткосрочную перспективу (2014-2020 гг.) Согласно закону Эндхольма [55], в краткосрочной перспективе прогнозируется достижение скоростей передачи данных около 1 Пб/с в проводных сетях, до 300 Гбит/с в беспроводных и до 500 Гбит/с в мобильных сетях. Ожидается, что следующий прорыв в увеличении пропускной способности в магистральных телекоммуникационных сетях произойдет благодаря технологии цифровой когерентной передачи данных. Максимальная пропускная способность обычного одномодового волокна ограничена примерно 100 Тбит/с, что может привести к так называемому «кризису пропускной способности» в недалеком будущем. Ведутся работы по направлению усовершенствования обычного оптического волокна с целью уменьшения потерь при распространении и увеличении отношения сигнал/шум [56], однако в данный момент в центре исследований по всему миру находятся технологии создания многоядерного волокна, реализующего пространственное разделение каналов (SDM). Данная технология являются потенциальной основой для преодоления кризиса и создания систем оптической связи с пропускной способностью более 100 Тбит/с. Существуют два вида дизайна волокна с SDM: объединение нескольких жил под одной оболочкой или мультиплексирование нескольких мод в одной жиле. В Японии – лидеру в области сверхбыстрой передачи данных - с 2010 г. ведутся национальные проекты по направлению развития SDM-технологии, в результате которых были представлены различные виды уникальных волокон, с помощью которых достигнуты высокие значения пропускной способности. Компании NTT удалось достичь скорости более 1 Пбит/с при использовании 12-ядерного волокна, в то время как ученые из KDDI R&D Laboratories достигли пропускной способности более чем в 100 Пбит/с с помощью технологии многоядерного волокна [57,58]. Наряду с созанием многоядерных волокон быстрыми темпами идет разработка фотонно-кристаллических (hollow core photonic bandgap fiber – HC-PBGF) и микроструктурированных волоконных световодов [59, 60]. В России технология производства многоядерного волокна не разработана, кроме того, наблюдается отставание в области производства телекоммуникационного оборудования и используется в основном импортное оптическое волокно. Однако некоторые отечественные компании, к примеру Лаборатория Оптических Волокон [61], разрабатывают и производят фотонно-кристаллическое и микроструктурированное волокно, соответствующее стандартам мирового уровня. Модернизация инфраструктуры беспроводной связи в ближайшие годы будет заключаться в увеличении доли оптического волокна между беспроводными узлами в сетях коммуникации. Существует новый термин «волокно к беспроводной сети» (fiber-to-the-wireless - FTTW) для этого направления. По сравнению с традиционными FTTH / FTTB с фиксированным доступом, FTTW предлагает многофункциональность и относительные преимущества мобильных сетей, наряду с поддержкой POE (Power over Ethernet). FTTW лучше использует существующие сетевые ресурсы, особенно OLT / ODN сети, и может быть развернута в сочетании с FTTH и FTTB, что приведёт к снижению эксплуатационных расходов. Компания Huawei совместно с операторами совершенствуют FTTW технологию для ускорения развертывания беспроводных локальных сетей (WLAN). Благодаря FTTW технологии компании Huawei, организация Shandong Mobile успешно развернула WLAN мобильные сети в 17 городах Китая. К июню 2012 года Shandong Mobile насчитывала более 5 миллионов пользователей и 640000 точек доступа, охватывающих более 70000 «горячих точек». Согласно прогнозу Dell’Oro Group, рынок WLAN будет продолжать расти и принесет около 8 биллионов USD к 2015 году. Предполагается, что более половины глобального Интернет-трафика будет передаваться по сетям WLAN, и сочетание FTTx+WLAN станет основным подходом к широкополосному доступу в будущем [47]. Дальнейшая эволюция мобильных коммуникационных сетей связана с созданием беспроводных сетей на основе терагерцовой фотоники. Драйвером развития является общая тенденция быстро растущего спроса на мобильный трафик и появление приложений, требующих скорости передачи в 100 Гбит/с и более [55]: беспроводных локальных сетей, беспроводных персональных сетей, загрузки с интерактивного терминала, беспроводных соединений в центрах обработки данных, коммуникаций «чип – к – чипу», беспроводного расширения магистральных сетей, беспроводного соединения будущих базовых станций сотовой связи с высокой пропускной способностью, «нано-ячеек», состоящих из высокоскоростных каналов передачи данных в сотовой сети. На данный момент под услуги мобильной связи отведен диапазон, находящийся около 60 ГГц с максимальной полосой пропускания в 7 ГГц. В таком диапазоне для достижения скорости передачи порядка 100 Гбит/с необходимо разработать системы с высокой спектральной эффективностью - более 14 бит/с/Гц, что весьма сложно. Альтернативный подход к скорости в 100 Гбит/с в условиях небольшой спектральной эффективности требует чрезвычайно высокой полосы пропускания - cвыше 20 ГГц. Такая большая полоса частот – незарезервированный спектр - существует лишь в ТГц диапазоне, т.е. от 300 ГГц до 3 ТГц. Системы связи, работающие на таких частотах, называются терагерцовыми. Идеи по созданию ТГц системы публикуются научными группами по всему миру [62- 64]. При создании ТГц-систем беспроводной связи возможны два подхода, связанных с применяемыми источниками: первый подход предполагает использование технологий фотоники для генерации ТГц-сигнала, а другой предполагает использование полностью электронных устройств. Технологии фотоники генерации ТГц сигнала являются наиболее мощной техникой для освоения данного диапазона частот под беспроводную связь, в частности, технология ТГц беспроводной связи не только будет прорывом в области беспроводной связи, но и позволит легче соединять беспроводную линию с волоконно-оптической сетью с точки зрения скорости передачи данных и форматов модуляции. Группа японских ученых сообщает о безошибочной передаче на несущей частоте 300 ГГц в режиме реального времени с самой высокой скоростью передачи до 40 Гбит/с для одного канала и до 48 Гбит/с для канала с поляризационным уплотнением [62]. Группе ученых из Германии удалось реализовать систему ТГц беспроводной связи со скоростью передачи в 100 Гбит/с [63]. Наконец, для применения многоуровневых схем модуляции для передачи в режиме реального времени со скоростями выше 100 Гбит/с, предложен фазо-стабилизированный передатчик на основе оптической частотной гребенки. Работа такой схемы проверена экспериментально на несущей частоте 100 ГГц [63]. Недавно начата разработка ТГц усилителей, таких как усилители мощности и предусилители для передатчиков и приемников, соответственно, на основе кремниевой технологии. Использование таких усилителей сделает технологию беспроводной ТГц связи на основе фотоники более практичной. Одним из будущих подходов на основе фотоники должна быть интеграция фотонных и электронных устройств с использованием современных технологий изготовления, таких как кремниевая фотоника, чтобы сделать ТГц-трансиверы более компактными и экономически эффективными. Таким образом, многообещающие результаты, достигнутые за последние несколько лет в области ТГц фотоники, лягут в основу разработки, стандартизации и, наконец, внедрения сверхбыстрых систем ТГц связи. Исходя из сегодняшних данных, промышленное внедрение систем ТГц связи можно ожидать в не слишком отдаленном будущем, и это поможет справиться с текущим чрезвычайно растущим спросом на скорость беспроводной передачи данных. В России исследования терагерцового диапазона находятся на мировом уровне, в том числе проводятся исследования по возможности применения терагерцовых систем в телекоммуникациях. Например, Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук успешно провел в 2011-2012 гг. исследование по возможности создания наногетероструктур для ТГц диапазона частот телекоммуникационных систем, но даже экспериментальные ТГц системы в России пока не разработаны. Однако, в случае постановки необходимых НИР по созданию технологий получения наногетероструктур для ТГц диапазона и базовых технологий изготовления транзисторов и монолитных интегральных микросхем (МИС) с последующим выполнением соответствующих ОКР, в России возможно получение отечественной элементной базы терагерцового диапазона [64] и разработка ТГц-систем связи на основе чипов из GaAs. Локальные беспроводные высокоскоростные сети не единственное возможное применение терагерцовой фотоники в телекоммуникациях. С помощью высокомощных источников терагерцового излучения возможно создание «вертикальных» каналов связи со спутниками с высокой скоростью передачи данных. Возможности России повлиять на развитие данной области весьма велики: высокомощные ТГц – излучатели являются одним из основных направлений разработок ИПФ РАН, и уже созданы экспериментальные гиротронные системы с мощностью излучаемого терагерцового излучения от нескольких до сотен киловатт [65] . Тенденции развития на долгосрочную перспективу (2020 -2030 гг.) В долгосрочной перспективе прогнозируется конвергенция телефонных, компьютерных и телевизионных сетей в единую информационно-коммуникационную систему, дальнейшее увеличение объемов передаваемой информации, увеличение доли мобильных сетей. Предполагается, что оптическое волокно вытеснит все другие типы кабеля из употребления. Следующий скачок в увеличении пропускной способности оптоволоконных сетей передачи данных, скорее всего, будет заключаться в создании многоядерных полых фотоннокристаллических волокон, которые позволят увеличить количество спектральных каналов передачи на порядок, и при этом обеспечат передачу информации без дисперсионных потерь [60]. Применение данных волокон в системах телекоммуникации может достичь скорости передачи в 100 Пбит/с. Технологии терагерцовой фотоники обеспечат дальнейший прогресс увеличения скорости передачи данных в локальных беспроводных сетях вплоть до терабитовых скоростей на расстояния более 1 км [63]. Выводы На сегодняшний день, состояние разработок техники и технологий коммуникационных инфраструктур в Российской Федерации таково, что в ближайшее время невозможно преодолеть отставание. Россия не слишком отстает от мирового уровня по скорости развертывания высокоскоростных коммерческих сетей, но только благодаря сотрудничеству с компаниями мирового масштаба и закупке импортного оборудования. Возможность прорыва и занятие соответствующей ниши в мировой системе коммуникационных услуг для России можно прогнозировать в следующих областях при наличии соответствующего государственного финансирования НИР и НИОКР: - создание технологий многоядерных полых фотоннокристаллических волокон (переход сразу на следующий уровень, предпосылка – наличие задела); - развитие терагерцовых технологий передачи данных, в том числе на спутники и со спутников (также переход на следующий уровень беспроводной связи, наличие мировых достижений по созданию малогабаритных ТГц генераторов, разработки по ТГц связи и оптике). Для получения научных и прикладных результатов мирового уровня в обозримом будущем необходимо уже сейчас осуществлять существенные инвестиции в фундаментальные исследования, проводимые в РАН и университетах. |
Похожие:
 | Это связано с тем, что процедуры, организационное, аналитическое и методическое обеспечение которых осуществляет отдел, являются... |  | Информационно-аналитическое обеспечение управления персоналом в компаниях розничной торговли |
| Информационно-аналитическое обеспечение управления персоналом в компаниях розничной торговли | | Информационно-методическое обеспечение по вопросам создания малых инновационных предприятий в Казанском федеральном университете |
| Сведения о реализации образовательных программ, заявленных для государственной аккредитации | | Аналитическая информационная система обеспечения открытости деятельности федеральных органов исполнительной власти, размещенная в... |
| Федотова М. Ф., Шойко И. С., Информационно-аналитическое управление Аппарата Московской городской Думы | | Структуру и содержание дисциплины основы делопроизводства, образовательные технологии, а так же учебно-методическое обеспечение самостоятельной... |
| Работа с традиционными и электронными каталогами Информационно-библиотечного центра Института управления, бизнеса и права: методическое... | | На ежеквартальный анализ развития vas на 6 зарубежных рынках (великобритания, германия, чехия, Ю. Корея, польша и индия), и информационно-аналитическое... |