Широколентов достъп: Преглед на технологиите

Кабелни широколентови технологии

Медни проводници

Медните проводници се определят като „незащитена двойка медна усукана двойка“, осигуряваща широколентови връзки чрез използване на xDSL-технологии, като ADSL/ADSL2 +(максимум 24/3 Mbps низходяща/възходяща скорост в рамките на максимален обхват на ефективност от 0,3 km) или VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2/G.fast (с векториране максимум 300/100 Mbps надолу/нагоре по течението в диапазона на ефективност от 0,2 km).

• Плюсове: Те изискват сравнително ниски инвестиции, необходими за пасивна инфраструктура (медна телефонна линия вече съществува в повечето домакинства) и са най-малко разрушителни за крайните потребители.
• Минуси: Високите скорости (изтегляне) зависят от дължината на медната линия. Технологията XDSL е силно асиметрична: скоростта на качване обикновено е много по-ниска от скоростта на изтегляне; това може да попречи на новите услуги (например изчисления в облак, видеоконферентна връзка, дистанционна работа, дистанционно присъствие). Необходими са по-големи инвестиции в активно оборудване (с продължителност на живота 5—10 години). Това може да е временно решение, но инвестициите в оптична инфраструктура най-вероятно ще бъдат отложени само с 10—15 години.
• Устойчивост: По-нови технологии на основата на мед (напр.: Векторирането, G.fast) може да достави по-високи скорости, но страда от същите ограничения. Те демонстрират свързващи технологии към пълна оптична кабелна инфраструктура.

Класическата кабелна връзка би била двата проводника на телефонна линия („извита двойка“), които са най-податливи на смущения, като смущения. Широколентовият интернет чрез коаксиален кабел обикновено се предлага на клиентите чрез съществуващата кабелна телевизия (CATV). Коаксиалният кабел се състои от медна сърцевина и медно стъкло. Следователно телевизионните кабелни мрежи са много по-ефективни от традиционните телефонни мрежи.

• Плюсове: Това изисква сравнително ниски инвестиции, необходими за пасивната инфраструктура, и също така е най-малко разрушително за крайните потребители. Тази инфраструктура предлага малко повече възможности за осигуряване на по-висока скорост на широколентовия достъп, отколкото по телефонни линии. Възможни са свръхбързи скорости, ако инфраструктурата е правилно модернизирана и разстоянията са кратки.
• Минуси: Честотната лента се споделя между няколко потребители, намалявайки наличността ѝ по време на пиковите периоди на движение през деня. Невъзможността за отделяне води до липса на конкуренция на услугите на пазара на кабелни услуги; рядко присъства в дигитално-разделящите се области. Временното решение за инвестиране в оптична инфраструктура най-вероятно ще бъде отложено само с 10—15 години, както при медните проводници.
• Устойчивост: Въвеждането на нови стандарти(DOCSIS 3.1, 3.1 пълен дуплекс) дава възможност за по-висока честотна лента за крайните потребители до 10 Gbps.

Широколентовият достъп може да бъде доставен по съществуващите ниско и средноволтови електроразпределителни мрежи. Скоростите на BPL са сравними с тези на xDSL и коаксиалните кабели.

• Плюсове: Не е необходимо да се внедрява нова инфраструктура, тъй като могат да се използват съществуващите електропроводи. BPL има голям бъдещ потенциал, тъй като електропроводите съществуват почти навсякъде.
• Минуси: В слабо населените райони технологията е икономически жизнеспособна за крайния потребител само ако 4 до 6 домакинства са оборудвани с трансформатори, за да предоставят широколентов достъп по електропроводи. В противен случай цените на крайните потребители за достъп до интернет надхвърлят тези за xDSL и коаксиални кабелни решения. Съществуват технически предизвикателства, тъй като електропроводите са много „шумна“ среда и смущения при високочестотните радиокомуникации и излъчване.

Линиите от оптични влакна се състоят от кабели от стъклени влакна, свързани с домовете на крайните потребители (FTTH), сгради (FTTB) или улични шкафове (FTTC). Те позволяват много висока скорост на предаване от 100 Gbps и повече в рамките на много широк (10—60 км) обхват на ефективност. Това е най-ориентираното към бъдещето решение, но изисква големи инвестиции в пасивна инфраструктура.

• Плюсове: Изключително високо ниво на скорост на предаване и симетрия (възможни Gbps и Tbps честотни ленти), по-малко податливи на смущения и почти никакъв спад на мощността на по-големи разстояния от дистрибутора, за разлика от DSL или VDSL, както и достатъчно резерви на енергия и за взискателни домакинства.
• Минуси: Високи инвестиционни разходи в пасивна инфраструктура поради високите разходи на гражданското строителство за изкопни работи и тръбопроводи; разгърнатата инфраструктура не е достъпна и изисква точна документация.
• Устойчивост: Технология от следващо поколение с капацитет да отговори на високите изисквания за честотна лента, очаквани в близко бъдеще. 

Разгръщането на кабелна широколентова инфраструктура е вариант с високи разходи и ресурси. Намаляването на разходите ще насърчи инвестициите в разгръщането на широколентовия достъп и ще намали прага за навлизане на пазара. Това може да бъде улеснено чрез достъп до алтернативни инфраструктури и комунални мрежи и чрез използване на стратегии за разгръщане със слабо въздействие (напр. изкопаване).

Отворената изкопна конструкция е метод за разполагане на тръбопроводи за доставка и изхвърляне. Повърхността на земята се отваря и се изкопава окоп. За полагането на телекомуникационни линии се използват ръчно копаене, както и строителна техника.

• Плюсове: Отворената изкопна конструкция се използва във всички топологични сценарии и като цяло е приложима за всички видове повърхности. Издръжливостта е много висока и няма ограничение за използването на тръби и компоненти. Потенциалните разходи могат да бъдат спестени, отклонявайки се от редовната дълбочина, разполагайки в пешеходни или колоездачни алеи или с помощта на тренчер.
• Минуси: Отклоняването от нормалната дълбочина увеличава риска от евентуални повреди на кабелите в хода на строителните и ремонтните работи на съседни или припокриващи се инфраструктури. Възстановяването на повърхностите е доста сложно и строителната среда е нарушена от шумово замърсяване и смущения в движението. Методът е скъп и показва дълги периоди на строителство.

Прорезът се смила в пътно покритие, асфалтова пешеходна пътека или велосипедна пътека, в която се поставят микротръби и веднага след това се затваря с пълнеж. Прави се разграничение между нанотрениране (до 2 cm), микро-(8 cm до 12 cm), mini-(12 cm до 20 cm) или макротрениране (20 cm до 30 cm) и използваната техника на рязане или фрезоване.

• Плюсове: Прокопаването обещава кратко време за строителство и значително по-ниски разходи за строителство. Процесът е с висока строителна мощност от около 600 м на ден и води до много малко нарушения на трафика, дължащи се на бързото презареждане на пътното тяло.
• Минуси: Фрезованите процепи могат да доведат до повреда в асфалтовата повърхност под формата на пукнатини, утаяване или увреждане от замръзване. Допълнителното ниво на полагане на пътя може да затрудни последващите строителни работи — особено във вътрешността на града — и да доведе до по-дълги и по-скъпи конструкции.

Техниката за насочено пробиване позволява полагане на безизкопни кабелни защитни тръби, напр. използвани за пресичане на препятствия като река, пътища (защита на дървото) и железопътни линии. Управляем пилотен отвор се извършва между две изкопни ями. Ефектът от въртенето, движенията на ударите и ударните движения и втечняването дават възможност за задвижване при голямо разнообразие от почвени условия. С помощта на течност за пробиване на бентонит (суспензия за пробиване) почвата се разхлабва и извлича (изплаква). След това главата на свредлото разширява съществуващия канал.

• Плюсове: Методът предлага алтернатива, когато откритото изкопаване не е възможно (напр. пресичане на препятствия като железопътни линии или реки) или икономически осъществимо.
• Минуси: При ниска дълбочина и хлабави площи суспензията за пробиване може да избяга на повърхността по време на процеса на сондиране (издухване). Освен това неточността на контрола може да доведе до отклонения в надлъжния наклон.

Тази технология е процес на изместване на земята, при който пневматично задвижван чук за изместване на земята (скала) се задвижва през почвата от сгъстен въздух. Защитна тръба се издърпва в създадената заземителна тръба в същата операция. Технологията се използва специално за свързване на сгради.

• Плюсове: Разходите за изкопни работи и възстановяване са спестени, често не са необходими ограничения на движението или пътни бариери. Методът спестява време, тъй като тръбите се захранват директно с ракетата. Може да се използва дори и в екстремни почви и на по-дълги разстояния.
• Минуси: Дълбочината на разполагане трябва да бъде най-малко десетократна от диаметъра на ракетата, за да се избегне издуване на повърхността на терена. Подходящ е само за сравнително къси разстояния и не може да се използва в тресавища или много скалисти почви.

По време на процеса на разораване плугът за разполагане се изтегля през развалините с помощта на трактор. В получената бразда се полага гъвкав кабел (микрокабелни съединения), особено подходящ за директно разораване.

• Плюсове: Процедурата е сравнително евтина и позволява маршрутизиране на дълги разстояния с малко усилия.
• Минуси: Той може да се използва само върху незапечатани повърхности и следователно не е подходящ за асфалтови пътища.

Сглобяващият се робот се използва в недостъпни канали, докато в пешеходни зони работата се извършва от техници. Маршрутите трябва да бъдат инсталирани по такъв начин, че обслужването и почистването на канализатора да не бъде възпрепятствано и безопасността да бъде гарантирана по всяко време. Необходимото пространство в тръбната система е минимално и не представлява значителна пречка за условията на потока. Съответният оператор може да прецени дали тази инсталация може да бъде приложена. Преди вземането на решение следва да се разгледа и положението на местно равнище по отношение на състоянието на канала, тенденцията за запушване, технологиите за почистване, здравословните и безопасни условия на труд.

• Плюсове: Чрез използването на съществуващата инфраструктура се избягват скъпи и дълги наземни инсталации. Инсталирането в канализационни системи е добра алтернатива, когато трябва да се сведат до минимум нарушенията на трафика и околната среда.
• Минуси: Ситуацията на местно равнище трябва да бъде правилно анализирана и възможните пречки да бъдат отстранени преди прилагането на тази технология. Недостатък е, че досега не можеха да се правят домашни връзки. Сега има различни системи, които се развиват за осъществяване на домашна връзка.

Кабелите от оптични влакна се поставят върху поставени дървени мачти или съществуващи улични мачти. Този метод се използва главно при свързващи маршрути по линии с високо и високо напрежение. Той е особено подходящ за отдалечени сгради извън населеното място, за които други връзки не биха били икономически жизнеспособни.

• Плюсове: В сравнение с подземната инсталация, надземната инсталация прави възможна рентабилна първоначална инсталация.
• Минуси: Кабелната система е изложена на по-силни външни влияния, което увеличава чувствителността. Тъй като инсталацията изисква специално обучен персонал и подходящи инструменти, монтажът на кабелите следователно е разходоемък.

Безжичните широколентови технологии включват мобилни радио решения (напр. HSPA, LTE), фиксирани радио решения (напр. WiMAX) и сателитни решения.

Наземната безжична широколентова връзка обикновено се осигурява от WiMAX (до 60 km ефективност), Wi-Fi (до 300 m ефективност) или 4G/LTE/LTE Advanced (до 3—6 km ефективност). По-нататъшните подобрения ще се съсредоточат върху новите стандарти с допълнителни характеристики и предоставянето на допълнителни радиочестотни спектъри (5G).

Когато модернизирането на кабелната инфраструктура не е възможно и средствата за FTTB/FTTH не са налични за определен район, вариант е да се изгради инфраструктура за наземни безжични широколентови мрежи, главно антени за връзки от точка до много точки (напр. WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Плюсове: Не са необходими кабелни връзки от първа миля. Инфраструктурата може да се използва и за търговски мобилни услуги.
• Минуси: Тъй като честотната лента може да бъде споделена между няколко потребители, пиковите периоди на трафик през деня ще намалят наличната честотна лента за всеки потребител. Силата на сигнала намалява бързо с разстоянието и се влияе от времето; нарушената линия на видимост може да намали качеството на сигнала. Временно решение: инвестициите в оптична инфраструктура ще бъдат необходими в рамките на 10—15 години.
• Устойчивост: За достъп до бъдещи услуги за ДСП, нуждите от широчина на честотната лента изискват допълнителни честоти; наличният спектър обаче е ограничен.

5G описва следващата фаза на стандартите за мобилни телекомуникации извън 4G/LTE. Петото поколение мобилни радиостанции се разработва на базата на Международната конференция за мобилни телекомуникации 2020 г. 5G позволява латентност от край до край на приложението от 4 до 1 милисекунди, според Международния съюз по далекосъобщения (ITU). Технологията е в състояние най-малко 10 Gbps качване и 20 Gbps изтегляне на скорост на предаване на данни. Устройствата и приложенията автоматично ще избират мрежата, която най-добре отговаря на техните нужди.

6G технологиите вече започват по целия свят, като първите продукти и инфраструктури се очакват в края на това десетилетие. 6G системите ще преминат от гигабитов капацитет към терабит и време за реакция под милисекунда. Това ще позволи нови приложения като автоматизация в реално време или разширено усещане за реалност („Интернет на сетивата“), събиране на данни за цифров близнак на физическия свят.

Прочетете повече за последните развития в политиката по отношение на 5G в ЕС.

• Плюсове: 5G предлага подобрения в покритието, ефективността на сигнализацията, скоростта на предаване и намалената латентност. За разлика от съществуващите мрежи, 5G ще включва много различни радиотехнологии — всяка от които е оптимизирана за конкретна нужда (напр. интернет на нещата, критични комуникации, свързване на автомобили, къщи и енергийна инфраструктура).
• Минуси: Повечето от настоящите услуги все още не се нуждаят от такива скорости на предаване на данни. Това ще се промени с развитието на нови приложения, които се нуждаят от огромен капацитет.

Сателитна широколентова връзка, наричана още интернет по сателит, е високоскоростна двупосочна интернет връзка, създадена чрез комуникационни спътници, разположени в геостационарна (GEO) или негеостационарна (NGSO) орбита. Сателитите на NGSO могат да бъдат разположени на средна земна орбита (MEO) или ниска орбита на Земята (LEO). Крайният клиент изпраща и получава данни чрез сателитна чиния, разположена например на покрива.

• Плюсове: Тя изисква ниски инвестиции за пасивна инфраструктура, тъй като не са необходими регионални опорни и районни мрежи. Лесно е да се свържат потребители, разпръснати в относително голяма област (регионална, макрорегионална или дори национална).
• Минуси: Ограничен общ брой потребители може да бъде обхванат в един регион. Неговата по своята същност висока латентност на сигнала, дължаща се на времето за разпространение до и от спътник, възпрепятства определени приложения. Необходими са сравнително високи инвестиции за активно оборудване за крайни потребители. Лошото време и ограничената линия на видимост могат да намалят качеството на сигнала. Трафикът на данни обикновено е ограничен ежемесечно или ежедневно в текущите търговски оферти.
• Устойчивост: Наличната честотна лента зависи особено от количеството потребители, които изискват сателитна технология. В зависимост от потенциала за по-нататъшно развитие (напр. методи за предаване, спътниково съзвездие) технологията ще играе значителна роля в обхващането на области, които все още не са свързани по друг начин.

Сателитите, които циркулират по-близо до Земята (ниска земна орбита от около 160 до 2000 км над Земята), позволяват по-високи скорости на предаване на данни, покриват широки зони и осигуряват достъп до широколентов достъп на достъпни цени. Малките, евтини потребителски терминали комуникират със сателити и доставят 5G, LTE и WiFi до околните райони.

SpaceX постави в орбита хиляди малки, евтини сателити за еднократна употреба (проект Starlink). Сателитите обикалят в три орбитални черупки (1.110, 550 и 340 км), за да позволят по-бърза интернет услуга. SpaceX осигурява сателитна интернет връзка до недостатъчно обслужвани райони на планетата, както и услуги на конкурентни цени за градските райони. Тестването на технологията започна през 2018 г. Към март 2024 г., Starlink се състои от над 6000 масово произвеждани малки спътника в ниска околоземна орбита (LEO), които комуникират с определени наземни предаватели.

• Плюсове: Сателитите със средна земна орбита (MEO) и ниска земна орбита (LEO) имат по-ниска латентност. Те могат да обхващат широки райони и по този начин да улеснят широколентовото покритие за много селски и отдалечени райони.  
• Минуси: Голяма мрежа от сателити, изстреляни в орбита, е необходима за покриване на широки области/повечето от планетата. Това от своя страна води до високи разходи за предприятията доставчици, също и по отношение на контрола от страна на необходимите наземни станции на нестационарни летящи спътници.

Платформи с висока надморска височина като базови станции за IMT (HIBS)

Станциите за платформи с висока надморска височина (HAPS) като Международни базови станции за мобилни телекомуникации (IMT) (HIBS) са въздушни платформи, които могат да функционират като летящи базови станции. Hibs могат да бъдат интегрирани с 5G ново радио (NR) като актив от неназемна мрежа. HIBS правят възможно използването на HAPS за допълване на наземното покритие на IMT, като се възползват от платформите, разположени в стратосферата, което дава възможност за много по-широко покритие в сравнение с конвенционалните наземни решения. Hibs осигурява свързаност към същите мобилни устройства като наземните мрежи, което увеличава глобалното покритие и разширява мобилната свързаност. 

• Плюсове: Hibs разширява обхвата на комуникациите, за да се справи със съществуващите цифрови пропуски, особено в неслужените или недостатъчно обслужваните общности.
• Минуси: За HIBS е предизвикателство да изпълни строгите цели за оперативна надеждност и достъпност на наследените телекомуникационни мрежи. Докато средното време между неуспеха (MTBF) се подобрява, телекомуникационните операции изискват още по-висока надеждност и ефективност на наличността.

Интернет балоните се изпращат на 20 км в стратосферата. Специфичният софтуер ги движи нагоре или надолу, за да намери правилните ветрове, за да ги насочи в позиция. Всеки балон излъчва интернет връзка към антените на земята.

Project Loon е мрежа от балони със слънчева енергия, предаващи интернет сигнали към наземни станции, домове, работни места или директно към лични устройства, използващи LTE технология. Балоните се движат в стратосферата на височина от около 18 км, специално предназначени да свързват хората в селските и отдалечените райони.

• Плюсове: Интернет балоните са в състояние да осигурят достъп до интернет до най-отдалечените части на планетата. Алгоритмите на AI гарантират, че балоните намират и използват оптималните потоци вятър, за да останат по-дълго във въздуха.
• Минуси: Огромната студ добавя към найлоновия материал на балона и го прави чуплив. Смазочните материали стават трудни при тези температури. Балоните са изложени на силно ултравиолетово и космическо излъчване и значителни разлики в налягането по време на пътуването си. Контролирането от необходимите наземни станции на нестационарни летящи балони е много предизвикателство.

LiFi е двупосочна високоскоростна безжична комуникационна технология. Използва видима светлинна комуникация или инфрачервен и близо до ултравиолетовия спектър (вместо радиочестотни вълни). Светлината от светодиодите (LED) служи като средство за комуникация. PureLiFi демонстрира първата налична в търговската мрежа LiFi система — Li-1st. В момента има много компании, които разработват тази технология.

• Плюсове: LiFi е 100 пъти по-бърз от WiFi, достигайки скорост от 224 Gbps. Технологията е полезна в чувствителни електромагнитни зони, като например в кабините на самолетите, болниците и атомните електроцентрали, без да причинява електромагнитни смущения. Освен това LiFi се очаква да бъде десет пъти по-евтин от WiFi.
• Минуси: Технологията осигурява комуникация само в малък обхват. Ниската надеждност и високите разходи за монтаж са допълнителни потенциални недостатъци.

Сравнението на широколентовите технологии дава общ поглед и помага да се избере най-добрата технология.

Научноизследователската и развойната дейност все повече се съсредоточава върху All-Internet Protocol Network (AIPN). Това дава възможност за подобряване на комуникацията и предаването на данни чрез мрежови технологии и услуги, базирани на интернет протокол (IP), които включват интернет телефония или VoIP (Voice-over Internet Protocol).

IP-базираното предаване на данни позволява разработването на иновативни услуги и приложения независимо от основната мрежова инфраструктура. 5G е типичен пример за сближаване на мобилните комуникации и паралелните съществуващи широколентови мрежови технологии.

Пълното преобразуване в мрежова инфраструктура въз основа на интернет протокола (All-IP Migration) е основата за конвергентна реализация на услугите в обществото на гигабитов интернет и за използването на различни комбинации от индивидуални технологии за достъп до мрежата.

Последните развития включват мрежови инфраструктури, които да бъдат допълнени от изцяло оптически мрежи, което ще позволи маршрутизиране и превключване на приложения и съдържание.

Четвъртото направление на научните изследвания включва вида на предаването на данни след РП, който се характеризира с:

• Нова архитектура с управленски капацитет в подкрепа на много домейни;
• Нови безжични протоколи (енергийна и спектрална ефективност), способни да поддържат различни безжични мрежи, от сензорни мрежи с много ниска мощност до широкообхватни мобилни мрежи.

Съществуващите и бъдещите скорости на предаване, иновативните методи за компресиране на данни и подобренията на стандартите за предаване ще отговарят на услугите и приложенията с интензивно използване на честотната лента. Трябва да се отбележи, че компресирането винаги причинява загуби по отношение на качеството на данните (напр. телевизионни формати, видеоконференции).

Интересувате ли се от архитектурата и инфраструктурата на широколентовите мрежи? Получете подробна информация за мрежата и топологията и решението за правилния избор на инфраструктура.