Широколентов достъп: Преглед на технологиите

Кабелни широколентови технологии

Широка гама от комуникационни технологии с различен технически капацитет са в състояние да осигурят високоскоростен интернет на домакинствата. Жични технологии включват медни кабели (xDSL), коаксиален кабел (напр. HFC), широколентов достъп през електропроводи (BPL) и кабел от оптични влакна (FTTx).

Медни проводници

Медните проводници се определят като „наследени телефонни незащитени медни усукани двойки“, осигуряващи широколентови връзки чрез използване на xDSL-технологии, като например ADSL/ADSL2 +(максимум 24/3 Mbps низходяща/нагоре по веригата скорост в рамките на диапазона на ефективност до максимум 0,3 km) или VDSL2/VDSL2 -Vplus/VDSL2 векторинг/G.бързо (с векториране максимум 300/100 Mbps надолу/нагоре по веригата в рамките на 0,2 km КПД).

• Плюсове: Те изискват относително ниски инвестиции, необходими за пасивна инфраструктура (в повечето домакинства вече има медна телефонна линия) и са най-малко разрушителни за крайните потребители.
• Минуси: Високите скорости (изтегляне) зависят от дължината на медната линия. Технологията xDSL е силно асиметрична: скоростите на качване обикновено са много по-ниски от скоростта на изтегляне; това може да попречи на нови услуги (например изчисления в облак, видеоконферентни връзки, дистанционна работа, телеприсъствие). Необходими са по-големи инвестиции в активно оборудване (с продължителност на живота 5—10 години). Това може да бъде временно решение, но инвестициите в инфраструктура за оптични влакна най-вероятно ще бъдат отложени само с 10—15 години.
• Устойчивост: По-нови технологии на основата на мед (напр.: Векторинг, G.fast) може да осигури по-високи скорости, но страдат от същите ограничения. Те демонстрират свързващи технологии към цялостни оптични кабелни инфраструктури.

Коаксиални кабели

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

• Плюсове: Това изисква относително ниски инвестиции, необходими за пасивна инфраструктура, и също така е най-малко разрушително за крайните потребители. Тази инфраструктура предлага малко повече възможности за осигуряване на по-високи скорости на широколентов достъп, отколкото по телефонни линии. Възможни са свръхбързи скорости, ако инфраструктурата е правилно модернизирана и разстоянията са къси.
• Минуси: Честотната лента се споделя между няколко потребители, намаляващи нейната наличност по време на пиковите периоди на деня. Невъзможността за отделяне води до липса на конкуренция в областта на услугите на пазара на кабелни мрежи; рядко присъства в областта на дигиталното разделение. Временното решение за инвестиране в инфраструктура за оптични влакна 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-високи честотни ленти за крайните потребители до 10 Gbps.

Широколентов достъп над електропровода (BPL)

Широколентовият достъп може да бъде доставен по съществуващите мрежи за разпределение на електрическа енергия с ниско и средно напрежение. BPL скоростите са сравними с тези на xDSL и коаксиалните кабели.

• Плюсове: Не е необходимо да се разгръща 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 от 4 до 6 домакинства са оборудвани с трансформатори за предоставяне на широколентов достъп по електропроводи. В противен случай цените за крайния потребител за достъп до интернет надминават тези за xDSL и коаксиални кабелни решения. Има технически предизвикателства, поради това, че електропроводите са много „шумна“ среда и смущения с високочестотни радиокомуникации и радиоразпръскване.

Оптични влакна

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 много широк (10—60 km) диапазон 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 (възможно е честотна лента Gbps и Tbps), по-малко податливи на смущения и почти никакво спадане на мощността на по-големи разстояния до дистрибутора, за разлика от DSL или VDSL, както и достатъчно енергийни резерви също за взискателни домакинства с множество хора.
• Минуси: Високи инвестиционни разходи в пасивна инфраструктура поради високите разходи за гражданско строителство за изкопни и тръбопроводни работи; 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. 

Методи за разполагане

Разгръщането на кабелна широколентова инфраструктура е вариант, който изисква 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 мрежи за комунални услуги и чрез използване на стратегии за внедряване със слабо въздействие (напр. прокопаване).

Монтаж в земята (чрез trencher)

Отворената конструкция на окопа е метод за разполагане на тръби за доставка и обезвреждане. Повърхността на земята се отваря и се изкопава окопа. За полагане на телекомуникационни линии се използват ръчно копаене, както и строителна техника.

• Плюсове: Конструкциятана отворения окоп се използва във всички топологични сценарии и като цяло е осъществима 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, разгръщайки се в пешеходни или колоездачни алеи или с помощта на тренер.
• Минуси: Отклонението от нормалната дълбочина увеличава риска от евентуални повреди на кабелите в хода на строителните и ремонтните работи на прилежащите 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 строителни времена.

Прокопаване

Процепът се смила в пътно покритие, асфалтова пътека или велосипедна пътека, в която се вмъкват микротръби и веднага след това се затварят с пълнеж. Прави се разграничение между нанотренширане (до 2 cm), микро-(8 cm до 12 cm), мини-(12 cm до 20 cm) или макротренширане (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 конструктивна мощност от около 600 м на ден и води до много малки нарушения на движението поради бързото зареждане на пътното тяло.
• Минуси: Смлените процепи могат да доведат до увреждане на асфалтовата повърхност под формата на пукнатини, утаяване или увреждане на 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.

Хоризонтално насочено пробиване

Насочената техника на пробиване позволява полагане на безизкопни кабелни защитни тръби, напр. използвани за пресичане на препятствия като река, булеварди (защита на дърветата) и железопътни линии. Между две изкопни ями се извършва контролируем пилотен отвор. Ефектът от въртенето, движенията на хода и удара и втечняването дава възможност за задвижване при голямо разнообразие от почвени условия. С помощта на бентонитна сондажна течност (пробиваща суспензия) почвата се разхлабва и извлича (изплаква). След това главата на свредлото разширява съществуващия канал.

• Плюсове: Методът предлага алтернатива, когато не е възможно открито прокопаване (напр. пресичане на препятствия като железопътни линии или реки) или икономически осъществимо.
• Минуси: При ниска дълбочина и хлабави терени, сондажната суспензия може да избяга на повърхността по време на процеса на сондиране (издухване). Освен това, неточностите в контрола могат да причинят отклонения в надлъжния градиент.

Пробиване

Тази технология е процес на изместване на земята, при който пневматично задвижван чук за изместване на земята (ракета) се задвижва през почвата чрез сгъстен въздух. Защитната тръба се изтегля в създадената тръба за земята при същата операция. Технологията се използва особено 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 в екстремни почви и на по-дълги разстояния.
• Минуси: Дълбочината на разполагане трябва да бъде най-малко десетократно по-голяма от диаметъра на ракетата, за да се избегне издуване на повърхността на терена. Подходящ е само за относително кратки разстояния и не може да се използва в блата или много скалисти почви.

Техники на разораване

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

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

Монтаж в канализационни системи

Сглобяващ робот се използва в недостъпни канали, докато в пешеходните зони работата се извършва от техници. Маршрутите трябва да бъдат инсталирани по такъв начин, че работата по обслужването и почистването на канализационния оператор да не бъде възпрепятствана 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 решения следва да се вземе предвид и местната ситуация по отношение на състоянието на канала, тенденцията на запушване, технологиите за почистване, аспектите, свързани със здравословните и безопасни условия на труд.

• Плюсове: Чрез използването на съществуващата инфраструктура се избягват скъпи и продължителни наземни инсталации. Инсталацията в канализационните системи е добра алтернатива, когато трябва да бъдат сведени до минимум нарушенията на трафика и околната среда.
• Минуси: Положението на местно равнище трябва да бъде анализирано по подходящ начин и евентуалните пречки да бъдат отстранени преди внедряването на тази технология. Недостатъкът е, че досега не можеха да се правят домашни връзки. Сега има различни системи, които се развиват за осъществяване на домашна връзка.

Надземна инсталация

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

• Плюсове: В сравнение с подземната инсталация, надземната инсталация прави възможна рентабилната 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 рентабилен.

Безжични широколентови технологии

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

Антенни сайтове за безжични връзки

Наземната безжична широколентова връзка обикновено се осигурява от WiMAX (до 60 km обхват на ефективност), Wi-Fi (до 300 m диапазон на ефективност) или 4G/LTE/LTE Advanced (до 3—6 km диапазон на ефективност). По-нататъшните подобрения ще се съсредоточат върху нови стандарти с допълнителни характеристики и осигуряване на допълнителни честотни 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 наземна безжична широколентова връзка, главно антенни обекти 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 и 6G — конвергентни мрежи

5G описва следващата фаза на мобилните телекомуникационни стандарти отвъд 4G/LTE. Петото поколение мобилни радиостанции се разработва на базата на Международната конференция за мобилни телекомуникации-2020. 5G позволява латентност от край до край от 4 до 1 милисекунди, според Международния съюз по далекосъобщения (ITU). Технологията е в състояние да качи най-малко 10 Gbps и 20 Gbps 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 за края на това десетилетие. 6G системите ще преминат от Gigabit към Terabit капацитет и време за реакция под милисекунда. Това ще даде възможност за нови приложения като автоматизация в реално време или разширено наблюдение на реалността („Интернет на сетивата“), събирайки 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, скоростите 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 енергийни инфраструктури).
• Минуси: Повечето от настоящите услуги все още не се нуждаят от такива високоскоростни скорости на предаване на данни. Това ще се промени с развитието на нови приложения, нуждаещи се от огромен капацитет.

Сателитен широколентов достъп

Сателитният широколентов достъп, наричан още интернет по сателит, е високоскоростна двупосочна интернет връзка, установена чрез комуникационни спътници, разположени в геостационарна орбита. Крайният клиент изпраща и получава данни чрез сателитна чиния, например разположена на покрива.

• Плюсове: Тя изисква ниски инвестиции за пасивна инфраструктура, тъй като не са необходими регионални опорни и регионални мрежи. Лесно е да се свържат потребители, разпръснати в относително голяма област (регионална, макрорегионална или дори национална).
• Минуси: Ограничен общ брой потребители могат да бъдат обхванати в един регион. Неговата присъща висока латентност на сигнала, дължаща се на времето за разпространение до и от спътника, възпрепятства определени приложения. Необходима е сравнително висока инвестиция 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 броя на потребителите, които изискват сателитна технология. В зависимост от по-нататъшния потенциал за 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.

Нискоземни орбитални спътници (LEO)

Спътниците, които циркулират по-близо до Земята (ниската земна орбита варира от около 160 до 2000 км над Земята), позволяват по-добра работа в мрежата, обхващат широки зони и дават възможност за достъп до широколентов достъп на достъпни цени. Малките, евтини потребителски терминали комуникират със сателитите и доставят LTE, 3G и WiFi до околните райони.

SpaceX пусна хиляди малки, евтини сателити за еднократна употреба в орбита (проект Starlink). Сателитите обикалят в три орбитални снаряди (1.110, 550 и 340 км), за да позволят по-бърза интернет услуга. SpaceX осигурява сателитна интернет връзка до недостатъчно обслужваните райони на планетата, както и предоставя услуги на конкурентни цени за градските райони. Тестването на технологията започна през 2018 г. Към май 2022 г., Starlink се състои от над 2400 масово произвеждани малки спътници в ниска околоземна орбита (LEO), които комуникират с определени наземни приемници.

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

Интернет балони

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

Project Loon е мрежа от соларни балони, предаващи интернет сигнали до 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 способни да осигурят достъп до интернет до най-отдалечените части на планетата. Алгоритмите за изкуствен интелект гарантират, че балоните намират и използват оптималните потоци на вятъра, за да останат по-дълго във въздуха.
• Минуси: Огромният студ добавя към найлоновите материали на балона и го прави крехък. Смазочните материали стават трудни при тези температури. Балоните са изложени на силна ултравиолетова и космическа радиация и значителни разлики в налягането по време на пътуването им. Контролирането от необходимите наземни станции на нестационарни летящи балони е много предизвикателство.

Light Fidelity (LiFi)

LiFi е двупосочна, високоскоростна безжична комуникационна технология. Той използва видимата светлинна комуникация или инфрачервения и близо до ултравиолетовия спектър (вместо радиочестотните вълни). Светлината от светодиодите (LED) служи като средство за комуникация. PureLiFi демонстрира първата налична в търговската мрежа LiFi система, Li-1st. В момента има няколко 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 самолетни кабини, болници и атомни електроцентрали, без да причинява електромагнитни смущения. Освен това LiFi се очаква да бъде десет пъти по-евтина 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.

Бъдещи тенденции и развития

Научноизследователската и развойната дейност все повече се съсредоточава върху мрежата на All-internet Protocol (AIPN). Това позволява да се подобри комуникацията и преносът на данни чрез мрежови технологии и услуги, базирани на интернет протокол (IP), които включват интернет телефония или VoIP (гласуване над интернет протокол).

IP-базираното предаване на пакети от 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 технологии за широколентови мрежи.

Пълното преобразуване в мрежови инфраструктури въз основа на интернет протокола (All-IP миграция) е основата за конвергентна реализация на услугата в гигабитовото общество и за използването на различни комбинации от индивидуални технологии за достъп до мрежата.

Последните развития включват мрежови инфраструктури, които да бъдат допълнени от всички оптични мрежи, което ще позволи насочване и превключване на приложения и съдържание.

Четвъртото направление на научните изследвания включва вида на предаване на данни след ИП, който се характеризира с:

• Нова архитектура с управленски капацитет, поддържащ множество 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 в стандартите за предаване ще отговарят на интензивните услуги и приложения. Следва да се отбележи, че компресията винаги води до 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.