Представление о телекоммуникационных технологиях

Телекоммуникационные технологии развиваются столь стремительно, что неизбежно вторгаются во все области электроники. Знания, которые еще вчера были уделом узких специалистов, становятся необходимыми практически любому работнику радиоэлектронной отрасли. Поэтому, думаем, нашим читателям будет интересен обзор, в котором рассматривается состояние дел, наиболее важные этапы развития и достижения в области телекоммуникаций.

Приближающийся XXI век можно смело назвать веком “информационного сообщества”. К важнейшим факторам, оказывающим политическое воздействие на процесс формирования информационного сообщества, следует отнести:

* разработку проектов создания глобальной международной информационной инфраструктуры Комиссиями Европейского Сообщества и Совещаниями глав правительств — членов большой семерки;

* широкомасштабную европейскую инициативу European Information Technology Observatory (EITO), задача которой — выработка всеобъемлющего взгляда на европейский рынок информационных технологий и оказание услуг, предоставляемых данной индустрией как отдельным пользователям, так и общественным организациям;

* общеевропейскую исследовательскую программу по созданию развитых коммуникационных технологий R&D in Advanced Communications Technologies in Europe (RACE);

* программу создания национальной информационной инфраструктуры США National Infrastructure Plan (1993 год) и Закон США о телекоммуникациях 1996 года; * программу развития средств связи и информатики Министерства связи России, проекты Ростелекома (Центральный и Южный), Межведомственную программу РАН, Министерства науки, Госкомвуза и РФФИ “Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы”.

Ключевую роль в формировании информационного общества играют телекоммуникационные технологии, которые определяют темпы и качество его построения. Понятие “телекоммуникационные технологии построения сетей передачи информации” возникло лишь в середине XX века, но уже к концу его мы наблюдаем проникновение этих технологий во все сферы человеческой деятельности. Сети передачи информации совершили колоссальный скачок от телеграфных и телефонных сетей первой трети ХХ века к интегральным цифровым сетям передачи всех видов информации (речь, данные, видео). К факторам, определившим прогресс в этой сфере, в первую очередь следует отнести развитие микроэлектронной индустрии и вычислительной техники, а также последние успехи в технологии световодных систем. Телекоммуникационные технологии развивались параллельно и взаимоувязано с возможностями каналов связи (от аналоговых к высокоскоростным цифровым волоконно-оптическим линиям связи) и компьютеризацией общества.

Этапы развития телекоммуникационных технологий

В числе основных этапов развития телекоммуникационных технологий (рис.1) следует назвать:

— телеграфные и телефонные сети (докомпьютерная эпоха);

— передача данных между отдельными абонентами по выделенным и коммутируемым каналам с использованием модемов;

— сети передачи данных с коммутацией пакетов: дейтаграммные или использующие виртуальные соединения (типа Х.25);

— локальные вычислительные сети (наиболее распространенные — Ethernet, Token Ring);

— цифровые сети интегрального обслуживания (ISDN) — узкополосные, а затем широкополосные;

— высокоскоростные локальные сети — Fast Ethernet, FDDI, FDDI II (развитие FDDI для синхронной передачи речевой и видеоинформации);

— высокоскоростные распределенные сети Frame Relay, SMDS, АТМ;

— информационные супермагистрали.

Наиболее впечатляющие успехи телекоммуникационных технологий наблюдаются в последние 15 лет. В их числе можно назвать следующие технологии.

TCP/IP. Передача данных в соответствии с протоколами TCP/IP основана на дейтаграммном методе коммутации, характерная черта которого — независимая маршрутизация пакетов. Исторически ряд специальных сетей, например сеть Министерства обороны США ARPANET, были организованы с использованием данной технологии, которая сохраняет актуальность и успешно конкурирует с методом виртуальных соединений. Об этом свидетельствует широкое использование TCP/IP в сети Internet.

Области применения:

— каналы низкого, среднего и высокого качества;

— широкий диапазон скоростей передачи данных (от 1,2 Кбит/с до десятков Мбит/с.)

— возможность использования как в распределенных, так и в локальных сетях.

Особенности:

— пакетная коммутация в дейтаграммном режиме;

— высокий уровень адаптации к нарушениям в сети благодаря возможности изменения маршрута в каждом узле сети;

— обнаружение и исправление ошибок оконечным оборудованием пользователя.

Коммутация в ЛВС. Появление коммутации означало большой скачок вперед в развитии технологий ЛВС. В отличие от технологий разделяемых ЛВС, где фиксированная пропускная способность делится между подключенными к ЛВС устройствами, коммутаторы дали возможность выделять каждому порту канал с пропускной способностью до 10 Мбит/с, резко повысив пропускную способность ЛВС и улучшив ее характеристики. Дополнительный импульс развитию коммутации в ЛВС дала технология АТМ. В отличие от других технологий коммутируемых ЛВС, АТМ поддерживает передачу речи, данных и видеоинформации со скоростью сотен мегабит в секунду. Возможно, АТМ станет первой технологией, используемой и в локальных и в территориальных сетях.

Телекоммуникационные сети, использующие в качестве технологии передачи данных Х.25, Frame Relay, АТМ, выработали свои способы организации инфраструктуры сети, управления, организации услуг и т.д. Однако сети, построенные на перспективных элементах, потребуют новых организационных подходов.

Распределенные сети на оптоволокне. Использование оптоволокна в распределенных сетях обеспечивает практически неограниченные скорости передачи информации, высокое качество и надежность. Компании — владельцы сетей дальней связи используют технологию цифровой связи на оптоволокне, чтобы перестроить свои сети снизу доверху. В этот процесс включились и российские телекоммуникационные компании. Широкое использование оптоволокна потребовало разработки новых технологий цифровой передачи сигналов. Наиболее удачной оказалась технология синхронной цифровой иерархии — SDH/SONET, которая задает стандарты для передачи данных на скоростях до 2,4 Гбит/с с возможным увеличением до 10 Гбит/с.

Беспроводные сети мобильных абонентов. Достижения последнего десятилетия в области мобильных и беспроводных систем связи (особенно спутниковых и сотовых) обеспечивают доступ пользователей к сетям передачи данных из любой точки, в том числе и во время движения. Наибольшее распространение получили технологии, использующие стандарты МPT, NMT-450, AMPS, GSM. Технологии продолжают активно совершенствоваться. Одно из перспективных направлений — внедрение метода CDMA — кодового разделения частотного канала в соответствии с документом IS-95, позволяющего наиболее полно и рационально использовать радиочастотный спектр канала.

Internet. Наиболее мощной и динамично развивающейся телекоммуникационной сетью современности можно смело назвать Internet. За сравнительно короткое время эта сеть сделала скачок от ведомственной сети к всемирной информационно-телекоммуникационной инфраструктуре. К Internet уже имеют доступ 75 стран мира. Еще 77 стран через систему электронной почты получили возможность подключаться к всемирной службе новостей Usenet, которая позволяет абонентам обмениваться информацией по различным специальным техническим проблемам.

По данным газеты Financial Times, сегодня в сети Internet работает приблизительно 40 миллионов пользователей, объединенных более чем в 40 тыс. сетей. Каждые 30 минут к ней присоединяется новая сеть и каждый месяц прибавляется 1 млн. новых пользователей. К 2000 году, по всей видимости, число пользователей Internet превысит 100 млн. человек. Сеть Internet возникла в результате проекта DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency), который был начат в середине 70-х годов и возглавлялся агентством Министерства обороны США. К реализации проекта были привлечены научные и технологические ресурсы университетских, промышленных и правительственных лабораторий США. Соразработчиками телекоммуникационной инфраструктуры стали Национальный научный фонд (NSF), Министерство энергетики, Министерство обороны, Агентство здравоохранения и гуманитарных услуг и Национальное аэрокосмическое агентство (NASA). Созданную в результате интерсеть называют Connected Internet, DARPA/NFS Internet, TCP/IP Internet или просто Internet.

Сегодня Internet представляет собой транснациональную инфраструктуру, которая объединяет большое число различных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам, связывающих компьютеры различных типов и обеспечивающих передачу данных в различных физических средах: телефонных кабелях, оптоволокне, радио- и спутниковых каналах.

Основные условия вхождения компьютера в сеть: использование протокола TCP/IP для межмашинного обмена, подключение к какой-либо глобальной сети и выполнение определенных правил адресования и маршрутизации. Internet не имеет единого административного органа, управляющего всей его инфраструктурой. Существует только ряд достаточно авторитетных образований (называемых комитетами), действующих на общественных началах и вырабатывающих общие рекомендации по принципам функционирования сети.

Internet предоставляет следующие основные классы услуг:

* электронная почта;

* служба новостей и конференций;

* доступ к файлам;

* доступ к документам, подготовленным в стандарте HTML (“всемирная паутина” — World Wide Web — WWW);

* удаленная обработка данных.

WWW. Резкое увеличение числа пользователей Internet во многом связано с созданием языка для описания гипертекстовых документов HTML (HiperText Markup Language). HTML позволяет создавать документы гибкой структуры, объединяющие текстовую, табличную, графическую и звуковую информацию. Благодаря расширенной структуре адреса в ссылках HTML появилась возможность размещать страницы одного документа на различных серверах сети Internet. Именно механизм гипертекстовых ссылок позволил объединить отдельные серверы Internet во “всемирную паутину”.

Необходимость эффективно работать во все более расширяющемся информационном пространстве Internet потребовала создания специальных программных средств для навигации в этом своеобразном информационном океане. Такие программы, получившие название «броузеров», сегодня должны быть установлены на каждом компьютере, подключенном к “всемирной паутине” WWW. С их помощью пользователь осуществляет доступ к серверам WWW, получение на свою рабочую станцию выбранных HTML-документов, их просмотр, редактирование, печать.

Электронная почта. Электронная почта получила широкое распространение в мире бизнеса, науки, образования в середине 80-х годов, став впоследствии одним из наиболее распространенных сетевых приложений. По данным Electronic Messaging Association, в 1994 году было 23 млн. пользователей электронной почты. Ожидается, что к 2000 году их число возрастет до 72 млн. Сегодня существует большое число различных систем электронной почты. Наиболее популярные из них представлены в таблице.
Основные направления эволюции телекоммуникационных технологий

В дальнейшем основными направлениями эволюции телекоммуникационных технологий, по-видимому, станут:

— увеличение скорости передачи информации, обусловленное возрастающими возможностями широкополосных линий и всеобщим использованием оптических каналов;

— интеллектуализация сетей передачи информации;

— резкий рост числа и мобильности пользователей в связи с удешевлением и миниатюризацией оконечных средств и применением техники беспроводной связи.

Скорость. Высокие скорости необходимы для передачи изображений, в том числе телевизионных, а также для интеграции различных видов информации в контексте мультимедиа, взаимосвязи локальных, городских, территориальных и глобальных сетей.

Интеллектуальность. Интеллектуальность сетей, позволяющая увеличить их гибкость, возможности и надежность, а также упростить управление глобальными сетями даже в неоднородных средах, растет благодаря использованию микроэлектроники и применению программного обеспечения в каждом сетевом устройстве. Интеллектуальная сеть предполагает большое число служб как для пользователя, так и для администратора. Один из ключевых аспектов состоит в том, что сеть предоставляет легкую и динамичную систему заказов и конфигурацию в соответствии с изменяющимися потребностями пользователя. Происходит радикальное изменение роли пользователя от пассивного потребителя до активного клиента.

Увеличение числа и мобильности пользователей. Беспроводные средства и миниатюризация способствуют широкому распространению и мобильности оконечных устройств и терминалов, а тем самым глобальной мобильности и повсеместности их использования. Беспроводные цифровые устройства, несомненно, окажут огромное воздействие на рынок, где до сих пор доминируют аналоговые системы. Такие цифровые устройства, как СТ2 (Second Generation of Cordless Telephone), DECT (Digital European Cordless Telecommunication), GSM (Group Special Mobile), CDMA и сети персональных компьютеров PCN, — важный шаг к сетям передачи данных и мультимедиа. Миниатюризация электронных устройств, активное проникновение стандартов PCMCIA (Personal Сomputer Memory Card Industry Association) и снижение стоимости стимулируют создание и более широкое использование портативных терминальных систем.
В области мобильной связи растущую роль играют спутниковые системы. Некоторые проекты, например Iridium компании Motorola, предусматривают создание всемирных глобальных сетей связи на их основе.

Наиболее перспективные телекоммуникационные и информационные технологии

В числе технологий, которые в ближайшее время будут оказывать решающее воздействие на развитие телекоомуникаций, следует назвать:

— оптические технологии (SDH/SONET), обеспечивающие увеличение скорости, удешевление доступа к сети и, следовательно, увеличение числа пользователей;

— широкополосные каналы (В-ISDN), позволяющие передавать разнородную информацию по одному и тому же каналу и, как следствие, повышающие быстродействие и интеллектуальность сети;

— единую технологию мультиплексирования и коммутации (АТМ), повышающую интеллектуальности сети;

— методы кодирования и сжатия информации, которым предстоит сыграть ключевую роль в эволюции широкополосных сетей, резко (на несколько порядков) увеличив передаваемые информационные потоки и тем самым обеспечив возможность передачи с высоким качеством мультимедийной, телевизионной и другой информации (наиболее значимые стандарты сжатия: рекомендации МККТТ серии Н, стандарты JPEG и группа стандартов MPEG-1, 2, 3, 4);

— коммутируемые ЛВС (Fast Ethernet, FDDl FDDI II, АТМ), увеличивающие производительность и интеллектуальность сети;

— цифровую беспроводную связь, способствующую росту числа и мобильности пользователей;

— интероперабельность сетей (Java);

— универсальный доступ к услугам Internet (WWW).