Širokopojasni pristup: Pregled tehnologije

Žičane širokopojasne tehnologije

Veliki raspon komunikacijskih tehnologija s različitim tehničkim kapacitetima u stanju je pružiti brzi internet kućanstvima. Žičane tehnologije uključuju bakreni kabel (xDSL), koaksijalni kabel (npr. HFC), širokopojasni preko električnih vodova (BPL) i kabel od optičkih vlakana (FTTx).

Bakrene žice

Bakrene žice definirane su kao „naslijeđeni telefonski nezaštićeni bakreni upleteni par” koji omogućuju širokopojasne veze primjenom tehnologija xDSL, kao što su ADSL/ADSL2 +(najviše 24/3 Mbps silazno/uzlazno brzina unutar raspona učinkovitosti od najviše 0,3 km) ili VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2 vektoriranje/G.brzo (s vektoriranjem od najviše 300/100 Mbps dolje/uzlaznom brzinom unutar raspona učinkovitosti od 0,2 km).

• Proročanstvo: Zanjih su potrebna relativno niska ulaganja potrebna za pasivnu infrastrukturu (bakarna telefonska linija već je prisutna u većini kućanstava) i najmanje narušava krajnje korisnike.
• Što se događa? Visoke (preuzimanje) brzine ovise o duljini bakrene linije. XDSL tehnologija je vrlo asimetrična: brzine učitavanja općenito su znatno niže od brzina preuzimanja; to može otežati nove usluge (npr. računalstvo u oblaku, videokonferencije, rad na daljinu, prisutnost na daljinu). Potrebna su veća ulaganja u aktivnu opremu (s vijekom trajanja od 5 do 10 godina). To bi moglo biti privremeno rješenje, no ulaganje u svjetlovodnu infrastrukturu najvjerojatnije bi bilo odgođeno za 10 – 15 godina.
• Održivost: Novije tehnologije temeljene na bakru (npr.: Vektoriranje, G.fast) može isporučiti veće brzine, ali pati od istih ograničenja. Demonstriraju tehnologije za premošćivanje prema potpunoj infrastrukturi svjetlovodnih kabela.

Koaksijalni kabeli

Klasična kabelska veza bila bi dvije žice telefonske linije („twisted pair”), najčešće sklone poremećajima kao što su smetnje. Širokopojasni internet putem koaksijalnog kabela obično se nudi korisnicima putem postojeće mreže kabelske televizije (CATV). Koaksijalni kabel sastoji se od bakrene jezgre i kaputa za zaštitu od bakra. Stoga su televizijske kabelske mreže mnogo učinkovitije od tradicionalnih telefonskih mreža.

• Proročanstvo: Za to su potrebna relativno niska ulaganja potrebna za pasivnu infrastrukturu te je najmanje štetna za krajnje korisnike. Ta infrastruktura nudi nešto više mogućnosti za pružanje veće brzine širokopojasnog pristupa nego na telefonskim linijama. Iznimno brze brzine su moguće, ako je infrastruktura pravilno nadograđena, a udaljenosti su kratke.
• Što se događa? Širina pojasa dijeli nekoliko korisnika smanjujući njezinu dostupnost tijekom vršnih prometnih razdoblja u danu. Zbog nemogućnosti razdvajanja tržišno natjecanje usluga u osnovi ne postoji na tržištu kabela; rijetko su prisutni u područjima digitalne podjele. Privremeno rješenje za ulaganje u svjetlovodnu infrastrukturu najvjerojatnije bi se odgodilo samo za 10 – 15 godina, kao u slučaju bakrenih žica.
• Održivost: Provedba novih standarda (DOCSIS 3.1, 3.1 full duplex) omogućuje krajnjim korisnicima veće propusnosti do 10 Gbps.

Širokopojasni pristup preko elektroenergetskog voda (BPL)

Širokopojasni pristup može se isporučiti preko postojećih niskonaponskih i srednjenaponskih distribucijskih mreža. Brzine BPL usporedive su s brzinama xDSL i koaksijalnih kabela.

• Proročanstvo: Nije potrebno uvoditi novu infrastrukturu jer se mogu koristiti postojeći električni vodovi. BPL ima veliki potencijal za budućnost jer električni vodovi postoje gotovo svugdje.
• Što se događa? U slabo naseljenim područjima tehnologija je ekonomski održiva za krajnjeg korisnika samo ako su četiri do šest domova opremljeni transformatorima kako bi širokopojasni pristup bili dostupni preko električnih vodova. Inače, cijene krajnjih korisnika za pristup internetu premašuju one za xDSL i koaksijalna kabelska rješenja. Postoje tehnički izazovi zbog električnih vodova koji su vrlo „bučno” okruženje i smetnje s visokofrekventnim radijskim komunikacijama i emitiranjem.

Optička vlakna

Linije optičkih vlakana sastoje se od kabela od staklenih vlakana spojenih na domove krajnjih korisnika (FTTH), zgrade (FTTB) ili ulične ormare (FTTC). Omogućuju vrlo visoke brzine prijenosa od 100 Gbps i više unutar vrlo širokog raspona učinkovitosti (10 – 60 km). To je rješenje koje je najviše usmjereno na budućnost, ali zahtijeva velika ulaganja u pasivnu infrastrukturu.

• Proročanstvo: Iznimno visoka razina brzina prijenosa i simetrije (moguće propusne širine Gbps i Tbps), manje osjetljiva na smetnje i jedva bilo kakav pad snage na većim udaljenostima do distributera za razliku od DSL-a ili VDSL-a i dovoljno rezervi energije i za zahtjevna kućanstva s više osoba.
• Što se događa? Visoki troškovi ulaganja u pasivnu infrastrukturu zbog visokih troškova niskogradnje za iskopavanje i cjevovode; razmještena infrastruktura nije locirana i zahtijeva točnu dokumentaciju.
• Održivost: Tehnologija nove generacije s kapacitetima za zadovoljavanje zahtjeva visoke širine pojasa koji se očekuju u bliskoj budućnosti. 

Metode implementacije

Uvođenje žičane širokopojasne infrastrukture opcija je koja se temelji na troškovima i resursima. Smanjenjem troškova potaknut će se ulaganja u uvođenje širokopojasnog pristupa internetu i smanjiti prag za ulazak na tržište. To se može olakšati pristupom alternativnim infrastrukturama i komunalnim mrežama te primjenom strategija uvođenja s malim učinkom (npr. propusnost).

Ugradnja u zemlju (po rovcher)

Otvorena konstrukcija rovova metoda je za uvođenje cijevi za opskrbu i odlaganje. Zemljana površina je otvorena, a jarbol je iskopan. Za polaganje telekomunikacijskih linija koriste se ručno kopanje kao i građevinska oprema.

• Proročanstvo: Konstrukcija otvorenog rova koristi se u svim topološkim scenarijima i općenito je izvediva za sve vrste površina. Trajnost je vrlo visoka i nema ograničenja za korištenje cijevi i komponenti. Mogući troškovi mogu se uštedjeti od uobičajene dubine, postavljanjem u pješačke ili biciklističke staze ili korištenjem pješačkih ili biciklističkih staza.
• Što se događa? Odstupanje od normalne dubine povećava rizik od mogućeg oštećenja kabela tijekom građevinskih i popravnih radova susjednih ili preklapajućih infrastruktura. Obnova površina prilično je složena, a građevinsko okruženje narušeno je onečišćenjem bukom i prometnim poremećajima. Metoda je skupo i pokazuje dugo vrijeme izgradnje.

Pješačenje

Prorez se mljeven u cestovnu površinu, asfaltnu stazu ili biciklističku stazu, u koju se umetnu mikrocijevi, a zatim se odmah nakon toga zatvori punjenjem. Razlikuje se nanotrenching (do 2 cm), mikro-(8 cm do 12 cm), mini-(12 cm do 20 cm) ili makrotrenching (20 cm do 30 cm) i korištena tehnika rezanja ili glodanja.

• Proročanstvo: Trenching obećava kratka vremena gradnje i znatno niže troškove gradnje. Proces ima visoku građevinsku snagu od oko 600 m dnevno i dovodi do vrlo malo oštećenja prometa zbog brzog punjenja tijela ceste.
• Što se događa? Mljeveni prorez može dovesti do oštećenja na asfaltnoj površini u obliku pukotina, taloženja ili oštećenja mraza. Dodatna razina polaganja na cesti može otežati naknadne građevinske radove – posebno u unutrašnjosti grada – i dovesti do dužih i skupljih konstrukcija.

Vodoravno usmjereno bušenje

Tehnika usmjerenog bušenja omogućuje polaganje cijevi za zaštitu kabela bez rovova, npr. za prijelaz prepreka kao što su rijeka, putovi (zaštita stabala) i željeznice. Upravljiva pilotska rupa se izvodi između dvije jame za iskopavanje. Učinak rotacije, poteza i udarnih pokreta i ukapljivanja omogućuje pogon u različitim uvjetima tla. Pomoću bentonitne tekućine za bušenje (bušenje suspenzije), tlo se otpušta i izvlači (prska). Nakon toga, glava bušilice proširuje postojeći kanal.

• Proročanstvo: Metoda nudi alternativu kada otvoreni rovovi nisu mogući (npr. prijelaz prepreka kao što su željeznice ili rijeke) ili ekonomski izvedivi.
• Što se događa? Na niskoj dubini i labavom tlu, ovjes za bušenje može pobjeći na površini tijekom postupka bušenja (ispuhivanje). Nadalje, kontrolne netočnosti mogu uzrokovati odstupanja u uzdužnom gradijentu.

Bušenje

Ova tehnologija je proces pomicanja tla u kojem pneumatski pogonjen čekić za pomicanje tla (raketa) prolazi kroz tlo komprimiranim zrakom. Zaštitna cijev se uvlači u stvorenu zemaljsku cijev u istoj operaciji. Tehnologija se posebno koristi za povezivanje zgrada.

• Proročanstvo: Ušteđeni su troškovi iskopavanja i obnove, ograničenja prometa ili cestovne barijere često nisu potrebni. Metoda štedi vrijeme jer se cijevi hrane izravno s raketom. Može se koristiti čak i na ekstremnim tlima i na većim udaljenostima.
• Što se događa? Dubina raspoređivanja mora biti najmanje deset puta veća od promjera rakete kako bi se izbjeglo ispupčenje površine terena. Pogodan je samo za relativno kratke udaljenosti i ne može se koristiti u močvarama ili vrlo stjenovitim tlima.

Tehnike oranja

Tijekom procesa oranja, uz pomoć traktora, izvuče se plug za ugradnju kroz plijen. U dobivenoj brazdi polaže se fleksibilan vod (mikro kabelski spojevi), posebno pogodan za izravno oranje.

• Proročanstvo: Postupak je relativno jeftin i omogućuje usmjeravanje velikih udaljenosti uz malo truda.
• Što se događa? Može se koristiti samo na nezapečaćenim površinama i stoga nije pogodan za asfaltne ceste.

Ugradnja u kanalizacijske sustave

Robot za montažu koristi se u nepristupačnim kanalima, dok u pješačkim područjima posao obavljaju tehničari. Rute moraju biti postavljene tako da se ne ometa servisiranje i čišćenje kanalizacijskog operatera te da je sigurnost osigurana u svakom trenutku. Potreban prostor u cijevnom sustavu je minimalan i ne predstavlja značajnu prepreku uvjetima protoka. Odgovarajući operater može procijeniti može li se to postrojenje primijeniti. Prije donošenja odluke trebalo bi razmotriti i lokalnu situaciju u pogledu stanja kanala, tendencije začepljenja, tehnologija čišćenja, zdravlja i sigurnosti na radu.

• Proročanstvo: Korištenjem postojeće infrastrukture izbjegavaju se skupe i dugotrajne zemaljske instalacije. Instalacija u kanalizacijskim sustavima dobra je alternativa gdje god se oštećenja prometa i okoliša moraju svesti na najmanju moguću mjeru.
• Što se događa? Potrebno je na odgovarajući način analizirati lokalnu situaciju i ukloniti moguće prepreke prije primjene ove tehnologije. Nedostatak je što do sada nije bilo kućanskih priključaka. Sada se razvijaju različiti sustavi za implementaciju kućne veze.

Nadzemna instalacija

Kabeli od optičkih vlakana polažu se preko drvenih jarbola ili postojećih uličnih jarbola. Ova metoda se uglavnom koristi na priključnim putovima na visokonaponskim i visokonaponskim vodovima. Posebno je pogodan za udaljene zgrade izvan područja naselja, za koje drugi priključci ne bi bili ekonomski održivi.

• Proročanstvo: U usporedbi s podzemnim instalacijama, nadzemna instalacija omogućuje troškovno učinkovitu početnu instalaciju.
• Što se događa? Kabelski sustav je izložen jačim vanjskim utjecajima, što povećava osjetljivost. S obzirom na to da instalacija zahtijeva posebno osposobljeno osoblje i odgovarajuće alate, ugradnja kabela stoga je troškovno intenzivna.

Bežične širokopojasne tehnologije

Bežične širokopojasne tehnologije uključuju mobilna radijska rješenja (npr. HSPA, LTE), fiksna radijska rješenja (npr. WiMAX) i satelitska rješenja.

Antenske stranice za bežične veze

Zemaljsku bežičnu širokopojasnu povezivost obično pružaju WiMAX (raspon učinkovitosti do 60 km), Wi-Fi (do 300 m raspona učinkovitosti) ili 4G/LTE/LTE Napredna rješenja (do 3 – 6 km raspona učinkovitosti). Daljnja poboljšanja usredotočit će se na nove standarde s dodatnim značajkama i pružanje dodatnih frekvencijskih spektra (5G).

Kad god nadogradnja žičane infrastrukture nije moguća, a sredstva za FTTB/FTTH nisu dostupna za određeno područje, opcija je izgradnja infrastrukture za zemaljsku bežičnu širokopojasnu mrežu, uglavnom antenskih lokacija za veze od točke do više točaka (npr. WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Proročanstvo: Prvi kilometar žičane veze nije potrebno. Infrastruktura se može koristiti i za komercijalne mobilne usluge.
• Što se događa? Budući da se širina pojasa može dijeliti među nekoliko korisnika, vršna razdoblja prometa u danu smanjit će raspoloživu širinu pojasa za svakog korisnika. Jačina signala smanjuje se brzo s udaljenosti, a na njega utječe vrijeme; poremećena linija vida može smanjiti kvalitetu signala. Privremeno rješenje: ulaganja u svjetlovodnu infrastrukturu bit će potrebna u roku od 10 do 15 godina.
• Održivost: Za pristup budućim NGA uslugama, za potrebe širine pojasa potrebne su dodatne frekvencije; međutim, dostupni spektar je ograničen.

5G i 6G – konvergirane mreže

5G opisuje sljedeću fazu mobilnih telekomunikacijskih standarda izvan 4G/LTE. Peta mobilna radijska generacija razvija se na temelju Međunarodne konferencije za mobilne telekomunikacije 2020. 5G omogućuje primjenu end-to-end latencije od 4 do 1 milisekundi, prema Međunarodnoj telekomunikacijskoj uniji (ITU). Tehnologija je sposobna za najmanje 10 Gbps upload i 20 Gbps preuzimanje brzine prijenosa podataka. Uređaji i aplikacije automatski će odabrati mrežu koja najbolje odgovara njihovim potrebama.

6G tehnologije počinju diljem svijeta, a prvi proizvodi i infrastruktura očekuju se do kraja ovog desetljeća. 6G sustavi će se prebaciti iz gigabitnih kapaciteta na Terabitske kapacitete i submililisekundna vremena odziva. To će omogućiti nove aplikacije kao što su automatizacija u stvarnom vremenu ili prošireno istraživanje stvarnosti („Internet of Senses”), prikupljanje podataka za digitalnog blizanca fizičkog svijeta.

Pročitajte više o najnovijim kretanjima u području 5G tehnologije u EU-u.

• Pro & & & amp 5G nudi poboljšanja u pokrivenosti, učinkovitosti signalizacije, brzinama prijenosa i smanjenoj latenciji. Za razliku od postojećih mreža, 5G će uključivati mnogo različitih radijskih tehnologija – svaka optimizirana za posebne potrebe (npr. internet stvari, kritična komunikacija, povezivanje automobila, kuća i energetske infrastrukture).
• Što se događa? Većini trenutačnih usluga još nisu potrebne takve brzine prijenosa podataka. To će se promijeniti kako se razvijaju nove aplikacije kojima su potrebni ogromni kapaciteti.

Satelitska širokopojasna mreža

Satelitska širokopojasna mreža, koja se također naziva internet-by-satelit, je dvosmjerna internetska veza velike brzine uspostavljena putem komunikacijskih satelita koji se nalaze u geostacionarnoj orbiti. Krajnji kupac šalje i prima podatke putem satelitske antene.

• Proročanstvo: Potrebna su niska ulaganja u pasivnu infrastrukturu jer regionalne okosnice i mreže područja nisu potrebne. Lako je povezati korisnike raspršene na relativno velikom području (regionalnom, makroregionalnom ili čak nacionalnom).
• Što se događa? Ograničen ukupan broj korisnika može se pokriti u jednoj regiji. Njegova inherentno visoka latencija signala zbog vremena širenja do i od satelita ometa određene primjene. Potrebno je relativno veliko ulaganje u aktivnu opremu za krajnje korisnike. Loše vrijeme i ograničena linija vida mogu smanjiti kvalitetu signala. Podatkovni promet obično je ograničen mjesečno ili dnevno u trenutačnim komercijalnim ponudama.
• Održivost: Dostupna širina pojasa posebno ovisi o količini korisnika koji zahtijevaju satelitsku tehnologiju. Ovisno o daljnjim razvojnim potencijalima (npr. metode prijenosa, satelitska konstelacija), tehnologija će imati važnu ulogu u obuhvaćanju područja koja još nisu povezana na drugi način.

Sateliti niske Zemljine orbite (LEO)

Sateliti koji kruže bliže Zemlji (niska Zemljina orbita kreće se od 160 do 2 000 km iznad Zemlje) omogućuju bolje performanse interneta, pokrivaju široka područja i omogućuju cjenovno pristupačan širokopojasni pristup. Mali, jeftini korisnički terminali komuniciraju sa satelitima i isporučuju LTE, 3G i WiFi okolnim područjima.

SpaceX je stavio tisuće malih, jeftinih, jednokratnih satelita u orbitu (projekt Starlink). Sateliti orbitiraju u tri orbitalne školjke (1 110, 550 i 340 km) kako bi omogućili bržu internetsku uslugu. SpaceX pruža satelitsku internetsku povezivost prema slabije pokrivenim područjima planeta, kao i pruža uslugu po konkurentnim cijenama urbanim područjima. Testiranje tehnologije započelo je 2018. godine. Od svibnja 2022. Starlink se sastoji od preko 2400 masovne proizvodnje malih satelita u niskoj Zemljinoj orbiti (LEO) koji komuniciraju s određenim zemaljskim primopredajnicima.

• Proročanstvo: Sateliti srednje Zemljine orbite (MEO) i Low Earth Orbit (LEO) imaju nižu latenciju. Njima se mogu obuhvatiti široka područja i tako olakšati širokopojasna pokrivenost vrlo ruralnim i udaljenim područjima.  
• Što se događa? Velika mreža satelita lansiranih u orbiti potrebna je kako bi se obuhvatila široka područja/većina planeta. To pak stvara visoke troškove za poduzeća dobavljača, također u smislu kontrole od strane potrebnih zemaljskih postaja nestacionarnih letećih satelita.

Internet baloni

Internet baloni su poslani 20 km u stratosferu. Određeni softver ih pomiče gore ili dolje kako bi pronašli prave vjetrove kako bi ih usmjerili u položaj. Svaki balon prenosi internetsku vezu na antene na tlu.

Projekt Loon je mreža balona na solarni pogon koji prenose internetske signale zemaljskim postajama, kućama, radnim mjestima ili izravno osobnim uređajima koji koriste LTE tehnologiju. Baloni plove stratosferom na visini od oko 18 km, posebno dizajnirani za povezivanje ljudi u ruralnim i udaljenim područjima.

• Proročanstvo: Internetski baloni mogu omogućiti pristup internetu u najudaljenije dijelove planeta. Algoritmi umjetne inteligencije osiguravaju da baloni pronađu i iskoriste optimalne protoke vjetra kako bi ostali duže u zraku.
• Što se događa? Ogromna hladnoća dodaje najlonskom materijalu balona i čini ga krhkim. Maziva postaju tvrda na ovim temperaturama. Baloni su izloženi jakom ultraljubičastom i kozmičkom zračenju i izraženim razlikama u tlaku tijekom putovanja. Kontrola od strane potrebnih zemaljskih postaja nestacionarnih letećih balona je vrlo izazovna.

Svjetlosna vjernost (LiFi)

LiFi je dvosmjerna bežična komunikacijska tehnologija velike brzine. Koristi komunikaciju vidljive svjetlosti ili infracrveni i blizu ultraljubičastog spektra (umjesto radiofrekvencijskih valova). Svjetlo iz svjetlećih dioda (LED) služi kao medij za isporuku komunikacije. PureLiFi je pokazao prvi komercijalno dostupan LiFi sustav, Li-1st. Sada postoji nekoliko tvrtki koje razvijaju ovu tehnologiju.

• Proročanstvo: LiFi je 100 puta brži od WiFi-ja, dostižući brzinu od 224 Gbps. Tehnologija je korisna u elektromagnetskim osjetljivim područjima kao što su kabine zrakoplova, bolnice i nuklearne elektrane bez uzrokovanja elektromagnetskih smetnji. Osim toga, očekuje se da će LiFi biti deset puta jeftiniji od WiFi-ja.
• Što se događa? Tehnologija omogućuje komunikaciju samo u kratkom dometu. Niska pouzdanost i visoki troškovi instalacije dodatni su potencijalni nedostaci.

Usporedba širokopojasnih tehnologija daje pregled i pomaže u odabiru najbolje tehnologije.

Budući trendovi i kretanja

Istraživanje i razvoj sve se više usredotočuju na mrežu protokola za sve internet (AIPN). Time se omogućuje poboljšanje komunikacije i prijenosa podataka putem mrežnih tehnologija i usluga temeljenih na internetskom protokolu (IP) koje uključuju internetsku telefoniju ili VoIP (Voice-over Internet Protocol).

Prijenos paketa podataka temeljen na IP-u omogućuje razvoj inovativnih usluga i aplikacija neovisno o osnovnoj mrežnoj infrastrukturi. 5G je tipičan primjer konvergencije mobilnih komunikacija i paralelnih postojećih tehnologija širokopojasne mreže.

Potpuna pretvorba u mrežnu infrastrukturu temeljenu na Internetskom protokolu (All-IP Migration) temelj je za konvergentnu realizaciju usluga u gigabitnom društvu i za korištenje različitih kombinacija pojedinih tehnologija pristupa mreži.

Nedavni događaji uključuju mrežnu infrastrukturu koju treba dopuniti sveobuhvatnim mrežama, što će omogućiti usmjeravanje aplikacija i sadržaja te prebacivanje.

Četvrti dio istraživanja uključuje vrstu prijenosa podataka nakon RIP-a, koju karakterizira:

• Nova arhitektura s upravljačkim sposobnostima kojima se podupire više domena;
• Novi bežični (energetska i spektralna učinkovitost) protokoli koji mogu podržavati razne bežične mreže, od mreža senzora vrlo male snage do mobilnih mreža širokog područja.

Postojeće i buduće brzine prijenosa, inovativne metode kompresije podataka i poboljšanja standarda prijenosa zadovoljit će usluge i aplikacije s velikom širinom pojasa. Treba napomenuti da kompresija uvijek uzrokuje gubitke u pogledu kvalitete podataka (npr. televizijski formati, videokonferencije).

Zainteresirani za arhitekturu i infrastrukturu širokopojasnih mreža? Dobiti detaljne informacije o mreži i topologiji i odluci o pravom izboru infrastrukture.