širokopasovno omrežje: Pregled tehnologije

Žična širokopasovna tehnologija

Bakrene žice

Bakrene žice so opredeljene kot „zapuščeni telefonski nezaščiteni bakreno zaviti par“, ki zagotavlja širokopasovne povezave z uporabo tehnologij xDSL, kot so ADSL/ADSL2+ (največ 24/3 Mb/s hitrostjo navzdol/navzgor v razponu učinkovitosti največ 0,3 km) ali VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2vektoring/G.fast (z vektoriranjem največ 300/100 Mb/s hitrostjo navzdol/navzgor v razponu učinkovitosti 0,2 km).

• Prednosti: Zahtevajo razmeroma nizke naložbe, potrebne za pasivno infrastrukturo (bakreni telefonski priključek je že prisoten v večini gospodinjstev), in so najmanj moteči za končne uporabnike.
• Nasprotovanja: Visoke (prenosne) hitrosti so odvisne od dolžine bakrene linije. Tehnologija xDSL je zelo asimetrična: hitrosti nalaganja so na splošno precej nižje od hitrosti prenosa; to lahko ovira nove storitve (npr. računalništvo v oblaku, videokonference, delo na daljavo, prisotnost na daljavo). Potrebne so večje naložbe v aktivno opremo (z življenjsko dobo 5-10 let). To je lahko začasna rešitev, vendar bi se naložbe v optično infrastrukturo najverjetneje preložile le za 10–15 let.
• Trajnostni razvoj: Novejše tehnologije, ki temeljijo na bakru (npr.: Vectoring, G.fast) lahko zagotovi višje hitrosti, vendar trpi zaradi enakih omejitev. Prikazujejo premostitvene tehnologije v smeri popolne infrastrukture optičnih kablov.

Klasična kabelska povezava bi bili dve žici telefonske linije (twisted pair), ki sta najbolj dovzetni za motnje, kot so motnje. Širokopasovni internet prek koaksialnega kabla je strankam običajno na voljo prek obstoječega omrežja kabelske televizije (CATV). Koaksialni kabel je sestavljen iz bakrenega jedra in bakrenega zaščitnega plašča. Televizijska kabelska omrežja so zato veliko učinkovitejša od tradicionalnih telefonskih omrežij.

• Prednosti: To zahteva razmeroma nizke naložbe, potrebne za pasivno infrastrukturo, in je tudi najmanj moteče za končne uporabnike. Ta infrastruktura ponuja nekoliko več priložnosti za zagotavljanje višjih širokopasovnih hitrosti kot na telefonskih linijah. Izjemno hitre hitrosti so možne, če je infrastruktura ustrezno nadgrajena in so razdalje kratke.
• Nasprotovanja: Pasovna širina je porazdeljena med več uporabnikov, kar zmanjšuje njeno razpoložljivost v prometnih konicah dneva. Zaradi nezmožnosti ločevanja na kabelskem trgu praktično ni konkurence na področju storitev; Redko so prisotni na digitalnem področju. Začasna rešitev za naložbe v optično infrastrukturo bi bila najverjetneje preložena le za 10–15 let, tako kot pri bakrenih žicah.
• Trajnostni razvoj: Izvajanje novih standardov (DOCSIS 3.1, 3.1 full duplex) končnim uporabnikom omogoča večje pasovne širine do 10 Gb/s.

Širokopasovne povezave se lahko zagotavljajo prek obstoječih nizko- in srednjenapetostnih omrežij za distribucijo električne energije. Hitrosti BPL so primerljive s hitrostmi xDSL in koaksialnih kablov.

• Prednosti: Vzpostavitev nove infrastrukture ni potrebna, saj se lahko uporabljajo obstoječi električni vodi. BPL ima velik potencial za prihodnost, saj električni vodi obstajajo skoraj povsod.
• Nasprotovanja: Na redko poseljenih območjih je tehnologija ekonomsko izvedljiva za končnega uporabnika le, če so 4 do 6 domov opremljeni s transformatorji, ki omogočajo širokopasovno povezavo prek električnih vodov. V nasprotnem primeru cene končnih uporabnikov za dostop do interneta presegajo cene za rešitve xDSL in koaksialnih kablov. Tehnični izzivi so posledica zelo „hrupnega“ okolja električnih vodov ter motenj v visokofrekvenčnih radijskih komunikacijah in radiodifuziji.

Vodi iz optičnih vlaken so sestavljeni iz kablov iz steklenih vlaken, povezanih z domovi končnih uporabnikov (FTTH),stavbami (FTTB)ali uličnimi omarami (FTTC). Omogočajo zelo visoke hitrosti prenosa 100 Gbps in več v zelo širokem (10-60 km) območju učinkovitosti. To je najbolj v prihodnost usmerjena rešitev, vendar zahteva velike naložbe v pasivno infrastrukturo.

• Prednosti: Izjemno visoka stopnja prenosa in simetrije (možne so Gbps in Tbps pasovne širine), manj dovzetna za motnje in skoraj ni padca moči na večjih razdaljah do distributerja za razliko od DSL ali VDSL in dovolj rezerv energije tudi za zahtevna veččlanska gospodinjstva.
• Nasprotovanja: visoki stroški naložb v pasivno infrastrukturo zaradi visokih stroškov nizkih gradenj za izkopavanje in cevovode; postavljene infrastrukture ni mogoče locirati in zahteva natančno dokumentacijo.
• Trajnostni razvoj: Tehnologija naslednje generacije z zmogljivostmi za zadovoljitev visokih potreb po pasovni širini, ki se pričakujejo v bližnji prihodnosti. 

Postavitev žične širokopasovne infrastrukture je stroškovno in z viri podprta možnost. Znižanje stroškov bo spodbudilo naložbe v postavitev širokopasovnih omrežij in znižalo prag za vstop na trg. To je mogoče olajšati z dostopom do alternativnih infrastruktur in komunalnih omrežij ter z uporabo strategij postavitve z majhnim vplivom (npr. izkopavanje).

Konstrukcija odprtega jarka je metoda za uporabo oskrbovalnih in odlagalnih cevi. Zemljino površje je odprto in izkopan je jarek. Za polaganje telekomunikacijskih vodov se uporabljajo ročno kopanje in gradbena oprema.

• Prednosti: Konstrukcija odprtega jarka se uporablja v vseh topoloških scenarijih in je na splošno izvedljiva za vse vrste površin. Trajnost je zelo visoka in ni omejitev za uporabo cevi in sestavnih delov. Potencialne stroške je mogoče prihraniti z odstopanjem od običajne globine, uvajanjem v sprehajalne ali kolesarske poti ali uporabo jarka.
• Nasprotovanja: Odstopanje od običajne globine povečuje tveganje za morebitno poškodbo kablov med gradnjo in popravili sosednjih ali prekrivajočih se infrastruktur. Obnova površin je precej zapletena, stavbno okolje pa je prizadeto zaradi obremenitve s hrupom in prometnih motenj. Metoda je draga in kaže dolge čase gradnje.

Reža se zmelje v cestni pokrov, asfaltno stezo ali kolesarsko pot, v katero se vstavijo mikrocevi, ki se takoj nato zaprejo z nadevom. Razlikujemo med nanotrenchingom (do 2 cm), mikro-(8 cm do 12 cm), mini-(12 cm do 20 cm) ali makrotrenchingom (20 cm do 30 cm) in uporabljeno tehniko rezanja ali mletja.

• Prednosti: Trenching obljublja kratek čas gradnje in bistveno nižje stroške gradnje. Postopek ima visoko gradbeno zmogljivost približno 600 m na dan in povzroča zelo malo prometnih okvar zaradi hitrega polnjenja telesa ceste.
• Nasprotovanja: Zmlete reže lahko povzročijo poškodbe na površini asfalta v obliki razpok, usedlin ali poškodb zaradi zmrzali. Dodatna raven polaganja na cesti lahko oteži kasnejša gradbena dela - zlasti v središču mesta - in vodi do daljših in dražjih gradenj.

Tehnika usmerjenega vrtanja omogoča polaganje cevi za zaščito kablov brez jarkov, ki se na primer uporabljajo za prečkanje ovir, kot so reka, poti (zaščita dreves) in železnice. Med dvema izkopnima jamama se izvede nadzorovana pilotna luknja. Učinek rotacije, gibov in udarnih gibov ter utekočinjanja omogoča pogon v najrazličnejših talnih pogojih. Z vrtalno tekočino iz bentonita (vrtalna suspenzija) se zemlja zrahlja in ekstrahira (izpere). Po tem vrtalna glava razširi obstoječi kanal.

• Prednosti: Metoda ponuja alternativo, kadar odprti jarki niso mogoči (npr. prečkanje ovir, kot so železnice ali reke) ali ekonomsko izvedljivi.
• Nasprotovanja: Na nizki globini in ohlapnih tleh lahko vrtalno vzmetenje med postopkom vrtanja uide na površini (izbruh). Poleg tega lahko napake pri nadzoru povzročijo odstopanja v vzdolžnem naklonu.

Ta tehnologija je postopek odmika tal, pri katerem pnevmatsko gnano talno odmikalno kladivo (raketa) potuje skozi tla s stisnjenim zrakom. Zaščitna cev se v isti operaciji potegne v ustvarjeno ozemljitveno cev. Tehnologija se uporablja predvsem za povezovanje stavb.

• Prednosti: Prihranijo se stroški izkopavanja in obnove, prometne omejitve ali cestne ovire pogosto niso potrebne. Metoda prihrani čas, saj se cevi napajajo neposredno z raketo. Uporablja se lahko tudi v ekstremnih tleh in na daljših razdaljah.
• Nasprotovanja: Globina uporabe mora biti vsaj desetkrat večja od premera rakete, da se prepreči izbočenje površine terena. Primeren je le za razmeroma kratke razdalje in ga ni mogoče uporabljati na barjih ali zelo skalnatih tleh.

Med postopkom oranja se s pomočjo traktorja potegne drsni plug skozi plen. V nastali brazdi je položen fleksibilen kanal (mikrokabelske spojine), ki je še posebej primeren za neposredno oranje.

• Prednosti: Postopek je razmeroma poceni in omogoča usmerjanje na dolge razdalje z malo napora.
• Nasprotovanja: Uporablja se lahko le na nezatesnjenih površinah in zato ni primeren za asfaltne ceste.

Robot za sestavljanje se uporablja v nedostopnih kanalih, medtem ko na površinah, ki jih je mogoče hoditi, delo opravljajo tehniki. Poti morajo biti nameščene tako, da servisiranje in čiščenje upravljavca kanalizacije nista ovirana in da je vedno zagotovljena varnost. Zahtevani prostor v cevnem sistemu je minimalen in ne predstavlja znatne ovire za pretočne pogoje. Zadevni upravljavec lahko oceni, ali je to napravo mogoče uporabiti. Pred odločanjem bi bilo treba upoštevati tudi lokalne razmere v zvezi s stanjem kanala, nagnjenostjo k zamaševanju, tehnologijami čiščenja ter vidiki zdravja in varnosti pri delu.

• Prednosti: Z uporabo obstoječe infrastrukture se izognemo dragim in dolgotrajnim zemeljskim napravam. Namestitev v kanalizacijske sisteme je dobra alternativa, kadar je treba čim bolj zmanjšati motnje v prometu in okolju.
• Nasprotovanja: Pred uvedbo te tehnologije je treba ustrezno analizirati lokalne razmere in odpraviti morebitne ovire. Pomanjkljivost je, da do zdaj ni bilo mogoče vzpostaviti nobenih hišnih povezav. Zdaj obstajajo različni sistemi, ki se razvijajo za izvajanje hišne povezave.

Kabli iz optičnih vlaken so položeni preko položenih lesenih stebrov ali obstoječih uličnih stebrov. Ta metoda se uporablja predvsem na povezovalnih poteh na visokonapetostnih in visokonapetostnih vodih. Primeren je zlasti za oddaljene stavbe zunaj poselitvenega območja, za katere druge povezave ne bi bile ekonomsko upravičene.

• Prednosti: V primerjavi s podzemno inštalacijo nadzemna inštalacija omogoča stroškovno učinkovito začetno inštalacijo.
• Nasprotovanja: Kabelski sistem je izpostavljen močnejšim zunanjim vplivom, kar povečuje dovzetnost. Ker namestitev zahteva posebej usposobljeno osebje in ustrezna orodja, je namestitev kablov zato draga.

Brezžične širokopasovne tehnologije vključujejo mobilne radijske rešitve (npr. HSPA, LTE),fiksne radijske rešitve (npr. WiMAX)in satelitske rešitve.

prizemno brezžično širokopasovno povezljivost običajno zagotavljajo rešitve WiMAX (do 60 km dosega učinkovitosti), Wi-Fi (do 300 m dosega učinkovitosti) ali 4G/LTE/LTE Advanced (do 3–6 km dosega učinkovitosti). Nadaljnje izboljšave bodo osredotočene na nove standarde z dodatnimi funkcijami in zagotavljanje dodatnih frekvenčnih spektrov (5G).

Kadar nadgradnja žične infrastrukture ni mogoča in sredstva za FTTB/FTTH za določeno območje niso na voljo, se lahko zgradi infrastruktura za prizemne brezžične širokopasovne povezave, zlasti antenska mesta za povezave med točkami (npr. WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Prednosti: Prvi kilometer žične povezave niso potrebne. Infrastruktura se lahko uporablja tudi za komercialne mobilne storitve.
• Nasprotovanja: Ker je pasovno širino mogoče deliti med več uporabnikov, bodo vrhunska prometna obdobja dneva zmanjšala razpoložljivo pasovno širino za vsakega uporabnika. Moč signala se hitro zmanjšuje z razdaljo in vpliva na vreme; Motnje v vidnem polju lahko zmanjšajo kakovost signala. Začasna rešitev: naložbe v optično infrastrukturo bodo potrebne v 10–15 letih.
• Trajnostni razvoj: Za dostop do prihodnjih storitev NGAso potrebne dodatne frekvence; vendar je razpoložljivi spekter omejen.

5G opisuje naslednjo fazo standardov mobilnih telekomunikacij, ki presegajo standarde 4G/LTE. Peta generacija mobilnega radia se razvija na podlagi mednarodne konference o mobilnih telekomunikacijah 2020. 5G omogoča zakasnitev uporabe od konca do konca od 4 do 1 milisekunde, v skladu z Mednarodno telekomunikacijsko zvezo (ITU). Tehnologija omogoča nalaganje podatkov s hitrostjo najmanj 10 Gb/s in prenos podatkov s hitrostjo najmanj 20 Gb/s. Naprave in aplikacije bodo samodejno izbrale omrežje, ki najbolj ustreza njihovim potrebam.

Tehnologije 6G se zdaj začenjajo po vsem svetu, prvi proizvodi in infrastrukture pa se pričakujejo konec tega desetletja. Sistemi 6G bodo prešli z gigabitnih na terabitne zmogljivosti in odzivne čase, krajše od milisekund. To bo omogočilo nove aplikacije, kot sta avtomatizacija v realnem času ali razširjeno zaznavanje realnosti („internet čutov“), ki bodo zbirale podatke za digitalnega dvojčka fizičnega sveta.

Več o najnovejšem razvoju politike na področju 5G v EU.

• Prednosti: 5G ponuja izboljšave v pokritosti, učinkovitosti signalizacije, hitrosti prenosa in zmanjšani latenci. Za razliko od obstoječih omrežij bo 5G vključeval veliko različnih radijskih tehnologij, od katerih bo vsaka optimizirana za posebne potrebe (npr. internet stvari, kritične komunikacije, povezovanje avtomobilov, hiš in energetske infrastrukture).
• Nasprotovanja: Večina sedanjih storitev še ne potrebuje tako visokih hitrosti prenosa podatkov. To se bo spremenilo, ko se bodo razvijale nove aplikacije, ki potrebujejo ogromne zmogljivosti.

Satelitska širokopasovna povezava, imenovana tudi internet po satelitu, je hitra dvosmerna internetna povezava, vzpostavljena prek komunikacijskih satelitov v geostacionarni (GEO) ali negeostacionarni (NGSO) orbiti. Sateliti NGSO se lahko nahajajo v srednji zemeljski orbiti (MEO) ali nizki zemeljski orbiti (LEO). Končni odjemalec pošilja in prejema podatke prek satelitske posode, ki se nahaja npr. na strehi.

• Prednosti: Za pasivno infrastrukturo so potrebne majhne naložbe, saj regionalna hrbtenična in območna omrežja niso potrebna. Uporabnike, ki so razpršeni po razmeroma velikem območju (regionalnem, makroregionalnem ali celo nacionalnem), je enostavno povezati.
• Nasprotovanja: Omejeno skupno število uporabnikov je lahko zajeto v eni regiji. Njegova sama po sebi visoka zakasnitev signala zaradi časa širjenja na in iz satelita ovira nekatere aplikacije. Potrebna je razmeroma visoka naložba v opremo za aktivne končne uporabnike. Slabo vreme in omejena vidnost lahko zmanjšata kakovost signala. Podatkovni promet je običajno omejen mesečno ali dnevno v trenutnih komercialnih ponudbah.
• Trajnostni razvoj: Razpoložljiva pasovna širina je še posebej odvisna od števila uporabnikov, ki zahtevajo satelitsko tehnologijo. Glede na nadaljnje razvojne potenciale (npr. metode prenosa, satelitska konstelacija) bo imela tehnologija pomembno vlogo pri pokrivanju področij, ki sicer še niso povezana.

Sateliti, ki krožijo bližje Zemlji (nizka zemeljska orbita se giblje od približno 160 do 2000 km nad Zemljo), omogočajo višje hitrosti prenosa podatkov, pokrivajo široka območja in omogočajo cenovno ugoden širokopasovni dostop. Majhni, poceni uporabniški terminali komunicirajo s sateliti in dostavljajo 5G, LTE in WiFi v okolico.

SpaceX je v orbito poslal na tisoče majhnih, poceni satelitov za enkratno uporabo (projektStarlink). Sateliti krožijo v treh orbitalnih lupinah (1.110, 550 in 340 km), da bi omogočili hitrejše internetne storitve. SpaceX zagotavlja satelitsko internetno povezljivost na manj pokritih območjih planeta, kot tudi konkurenčne cene storitev za mestna območja. Preizkušanje tehnologije se je začelo leta 2018. Od marca 2024 je Starlink sestavljen iz več kot 6.000 množičnih majhnih satelitov v nizki zemeljski orbiti (LEO), ki komunicirajo z določenimi zemeljskimi oddajniki-sprejemniki.

• Prednosti: Sateliti Srednje Zemeljske Orbite (MEO) in Nizke Zemeljske Orbite (LEO) imajo nižjo latenco. Pokrivajo lahko široka območja in tako olajšajo širokopasovno pokritost zelo podeželskih in oddaljenih območij.  
• Nasprotovanja: Velika mreža satelitov, izstreljenih v orbiti, je potrebna za pokrivanje širokih območij/večine planeta. To pa povzroča visoke stroške dobaviteljem, tudi v smislu nadzora nad nestacionarnimi letečimi sateliti, ki ga izvajajo potrebne zemeljske postaje.

Višinske bazne postaje kot bazne postaje IMT (HIBS)

Postaje platform za visoke višine (HAPS) kot bazne postaje za mednarodne mobilne telekomunikacije (IMT) (HIBS) so dvižne ploščadi, ki lahko delujejo kot leteče bazne postaje. HIBS je mogoče integrirati z novim radijskim omrežjem 5G (NR) kot sredstvo nezemeljskega omrežja. HIBS omogoča uporabo HAPS za dopolnitev prizemne pokritosti IMT z izkoriščanjem platform, ki se nahajajo v stratosferi, kar omogoča veliko širšo pokritost v primerjavi s konvencionalnimi prizemnimi rešitvami. HIBS zagotavlja povezljivost z istimi mobilnimi napravami kot prizemna omrežja, kar povečuje globalno pokritost in širi mobilno povezljivost. 

• Prednosti: HIBS razširja pokritost s komunikacijami, ki obravnava obstoječe digitalne vrzeli, zlasti v nezadovoljenih ali zapostavljenih skupnostih.
• Nasprotovanja: Za HIBS je težko doseči stroge cilje glede operativne zanesljivosti in razpoložljivosti obstoječih telekomunikacijskih omrežij. Medtem ko se povprečni čas med okvaro (MTBF) izboljšuje, telekomunikacijske operacije zahtevajo še večjo zanesljivost in razpoložljivost.

Internetni baloni so poslani do 20 km v stratosfero. Posebna programska oprema jih premika gor ali dol, da bi našli prave vetrove, da jih usmeri v položaj. Vsak balon ima internetno povezavo do antene na tleh.

Projekt Loon je mreža balonov na sončno energijo, ki prenašajo internetne signale do zemeljskih postaj, domov, delovnih mest ali neposredno do osebnih naprav z uporabo tehnologije LTE. Baloni plujejo po stratosferi na nadmorski višini približno 18 km, posebej zasnovani za povezovanje ljudi na podeželskih in oddaljenih območjih.

• Prednosti: Internetni baloni lahko prinesejo internetni dostop do najbolj oddaljenih delov planeta. Algoritmi umetne inteligence zagotavljajo, da baloni najdejo in izkoristijo optimalne tokove vetra, da ostanejo dlje v zraku.
• Nasprotovanja: Ogromna hladnost dodaja najlonskemu materialu balona in ga naredi krhkega. Pri teh temperaturah postanejo maziva trda. Baloni so med potovanjem izpostavljeni močnemu ultravijoličnemu in kozmičnemu sevanju ter izrazitim razlikam v tlaku. Nadzor nad nestacionarnimi letečimi baloni s potrebnimi zemeljskimi postajami je zelo zahteven.

LiFi je dvosmerna, hitra brezžična komunikacijska tehnologija. Uporablja komunikacijo vidne svetlobe ali infrardeči in blizu ultravijoličnega (namesto radiofrekvenčnih valov) spektra. Svetloba iz svetlečih diod (LED) služi kot medij za komunikacijo. PureLiFi je predstavil prvi komercialno dostopen LiFi sistem, Li-1st. Obstaja več podjetij, ki razvijajo to tehnologijo.

• Prednosti: LiFi je 100-krat hitrejši od WiFi in doseže hitrost 224 Gbps. Tehnologija je uporabna na elektromagnetno občutljivih področjih, kot so letalske kabine, bolnišnice in jedrske elektrarne, ne da bi povzročala elektromagnetne motnje. Poleg tega naj bi bil LiFi desetkrat cenejši od WiFi.
• Nasprotovanja: Tehnologija omogoča komunikacijo le na kratke razdalje. Nizka zanesljivost in visoki stroški namestitve so nadaljnje potencialne slabosti.

Primerjava širokopasovnih tehnologij daje pregled in pomaga izbrati najboljšo tehnologijo.

Raziskave in razvoj se vse bolj osredotočajo na vse-internetno protokolno omrežje (AIPN). To omogoča izboljšanje komunikacije in prenosa podatkov prek omrežnih tehnologij in storitev, ki temeljijo na internetnem protokolu (IP) in vključujejo internetno telefonijo ali govorni internetni protokol (VoIP).

Prenos podatkovnih paketov na podlagi IP omogoča razvoj inovativnih storitev in aplikacij neodvisno od osnovne omrežne infrastrukture. 5G je tipičen primer zbliževanja mobilnih komunikacij in vzporednih obstoječih širokopasovnih omrežnih tehnologij.

Popolna pretvorba v omrežne infrastrukture, ki temelji na internetnem protokolu (All-IP Migration), je osnova za konvergentno realizacijo storitev v gigabitni družbi in za uporabo različnih kombinacij posameznih tehnologij za dostop do omrežja.

Nedavni razvoj vključuje omrežne infrastrukture, ki jih je treba dopolniti z optičnimi omrežji, kar bo omogočilo usmerjanje aplikacij in vsebin ter preklapljanje.

Četrti sklop raziskav vključuje vrsto prenosa podatkov po OP, za katero so značilni:

• nova arhitektura z zmogljivostjo upravljanja, ki podpira več področij;
• Novi brezžični protokoli (energijska in spektralna učinkovitost), ki lahko podpirajo različna brezžična omrežja, od senzorskih omrežij z zelo nizko porabo energije do prostranih mobilnih omrežij.

Obstoječe in prihodnje stopnje prenosa, inovativne metode stiskanja podatkov in izboljšave standardov prenosa bodo ustrezale storitvam in aplikacijam, ki zahtevajo veliko pasovne širine. Opozoriti je treba, da stiskanje vedno povzroča izgube v smislu kakovosti podatkov (npr. televizijski formati, video konference).

Vas zanimata arhitektura in infrastruktura širokopasovnih omrežij? Pridobite podrobne informacije o omrežju in topologiji ter odločitvi o pravilni izbiri infrastrukture.