1. Nowoczesna telekomunikacja
wyzwania i zagrożenia
Kraków, 9 stycznia 2016
prof. dr hab. inż. Andrzej R. Pach
Kierownik Katedry Telekomunikacji AGH
Uniwersytet Otwarty AGH
3. Hierarchia potrzeb
Uaktualniony model Abrahama Maslowa
https://pl.wikipedia.org/wiki/Hierarchia_potrzeb
Potrzeby fizjologiczne
(pożywienie, mieszkanie, odzież, woda, tlen)
Potrzeby bezpieczeństwa
(zabezpieczenie przed chorobą, bezrobociem)
Potrzeby przynależności
(akceptacji, miłości, przyjaźni)
Potrzeby
uznania
(sukcesu, szacunku, prestiżu)
Potrzeby
samorealizacji
(rozwijania siebie, zdolności,
talentów, zainteresowań)
Potrzeby komunikacji
4.
5. Telekomunikacja analogowa i cyfrowa
• Analogowa (A): sygnały są ciągłe zarówno w
czasie jak i wartości są używane do
przekazywania informacji. W naturze mamy do
czynienia z sygnałami analogowymi.
Zastosowanie sygnałów analogowych zanika na
korzyść „tanich”, „wydajnych” i „elastycznych”
sygnałów cyfrowych.
• Cyfrowa (C): sygnały są dyskretne zarówno w
czasie jak i wartości i reprezentują wartości
binarne „0” lub „1”.
• Można dokonywać konwersji A/C lub C/A
7. Dlaczego „0” i „1” czyli „bit’
• 1948: Claude Elwood Shannon
(1916-2001) publikuje
fundamentalną pracę pt.
„A Mathematical Theory
of Communication”
w The Bell System Technical
Journal.
10. Dostęp do informacji i Internet
• Realizacja powszechnego
dostępu do informacji:
– zawsze
– wszędzie
– wszystko
• Co to jest Internet?
11. Co to jest Internet?
• 1969 – Sieć ARPANET, składająca się z 4 węzłów
• Przesyłanie informacji cyfrowych w pakietach
• Każdy urządzenie przyłączone do sieci posiada
unikalny tzw. adres IP. Ich przydzielanie jest
kontrolowane.
12. Adres IP
• Adres IP v4
32 bity, liczba adresów 232 ≈ 4,3 mld
reprezentacja, tzw. kropkowo – dziesiętna:
11011010 01101011 10010111 01001011
jest zapisywane jako 218.107.151.75
• Adres IP v6
128 bitów, liczba adresów 2128 ≈ 3,4 × 1038
Reprezentacja w systemie szesnastkowym
3201:0db8:00ff:0001:002e:0044:1428:67bb
23. Typy światłowodów
• Duża NA
• Łatwe łączenie
• Dyspersja modowa
• Wolna transmisja
• Krótkie odległości
• Mała NA
• Trudne łączenie
• Brak dyspersji modowej
• Szybka transmisja
• Duże odległości
• Duża NA
• Łatwe łączenie
• Mniejsza dyspersja
modowa
• DOBRY KOMPROMIS
pomiędzy
światłowodami jedno- i
wielomodowymi
24. Tłumienie sygnału w szklanym
światłowodzie
Okno [nm] Długość
fali [nm]
800-900 850
1250 -1350 1310
1500 - 1600 1550
25. Technologia WDM i DWDM
WDM – (Wavelength
Division Multiplexing)
multipleksjacja z
podziałem długości fali,
polegająca na równoległej
i równoczesnej transmisji
wielu fal o różnych
długościach.
DWDM – (Dense WDM)
gęste zwielokrotnianie
falowe
29. Rekordy szybkości transmisji światłowodowej
Źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Fiber-optic_communication
Rok Organizacja Efektywna
szybkość
Liczba
kanałów
WDM
Szybkość
na kanał
Odległość
2009 Alcatel-Lucent 15 Tbit/s 155 100 Gbit/s 90 km
2010 NTT 69,1 Tbit/s 432 171 Gbit/s 240 km
2011 KIT 26 Tbit/s 1 26 Tbit/s 50 km
2011 NEC 101 Tbit/s 370 273 Gbit/s 165 km
2012 NEC, Corning 1,05 Pbit/s Światłowód
12 rdzeniowy
52,4 km
Ograniczenia fizyczne kabli elektrycznych uniemożliwiają w praktyce
przekroczenie szybkości 10 Gbit/s, natomiast ograniczenia fizyczne
światłowodów nie zostały jak dotąd osiągnięte.
30. Przyszłość w telekomunikacji
światłowodowej (1)
• W pełni optyczne sieci
telekomunikacyjne: eliminacja
ograniczeń związanych z konwersją
sygnału elektrycznego na optyczny
i na odwrót.
• Terabitowe sieci optyczne: obecnie są
dostępne kanały 40 Gbit/s, możliwość
kanałów 100 Gbit/s, DWDM: 96×40 Gbit/s
= 3,8 Tbit/s. Teoretycznie jeden kanał
może mieć szybkość 1Pbit/s.
31. Przyszłość w telekomunikacji
światłowodowej (2)
• Inteligentne sieci optyczne: adaptacja
sieci do jej dynamicznych obciążeń
• Transmisja na duże odległości:
ograniczenie niedoskonałości światłowodu i
eliminacja urządzeń regenerujących
sygnały świetlne
Eksperyment Cisco (2012): kanał 100
Gbit/s, zasięg 3000 km, z zastosowaniem
kodowania FEC
Źródło:http://www.cisco.com/c/dam/en/us/solutions/collateral/service-provider/connected-
life/lightreading_eantc_cisco_datacentermegatest_part4_long_haulOpticalTransport_v0_1.pdf
32. Przyszłość w telekomunikacji
światłowodowej (3)
• Rozwój półprzewodnikowych laserów:
kształtowanie impulsów kompensujących
niedoskonałości światłowodów
• Rozwój kabli polimerowych: są tańsze
od szklanych i łatwiejsze do instalacji
34. Komunikacja optyczna w wolnej przestrzeni
(2)
Źródło: http://www.agenciasinc.es/Multimedia/Fotografias/Primera-descarga-de-imagenes-en-el-espacio-con-conexion-laser-de-gigabit
35. Komunikacja między pojazdami (V2V)
Źródło: http://www.team-bhp.com/forum/technical-stuff/122648-savari-bangalore-enabling-inter-vehicle-communication-safety.html
37. Naonomaszyny i nanosieci
Nanomaszyna – zbiór uporządkowanych cząsteczek, który jest w stanie
wykonywać proste zadania.
Nanosieć – połączenie nanomaszyn w celu wykonywania bardzie
złożonych zadań poprzez współpracę miedzy nimi i wymianę informacji.
Wykorzystanie cząsteczek zamiast fal elektromagnetycznych lub
akustycznych do kodowania i przesyłania informacji.
Źródło: I.F. Akyildiz et al. Computer networks 52 (2008) 2260-2279
39. Podstawowe różnice pomiędzy tradycyjną
komunikacją i komunikacją molekularną
Komunikacja Tradycyjna Molekularna
Nośnik Fale
elektromagnetyczne
Cząsteczki
Typ sygnału Elektryczny, optyczny Chemiczny
Szybkość propagacji Pr. światła (300 tys.
km/s)
Bardzo wolna
Wpływ środowiska Przewodowe: prawie
brak
Bezprzewodowe: jest
Jest
Szum Pola
elektromagnetyczne
Cząsteczki w medium
Kodowana informacja Głos, tekst, wideo Zjawiska, stany
chemiczne lub procesy
Inne cechy Duży pobór mocy Mały pobór mocy
40. Top 10
Communications Technology Trends
in 2015
według IEEE ComSoc Technology News
Źrodło: http://www.comsoc.org/blog/top-10-communications-technology-trends-2015
41. Trend 1: Systemy mobilne 5G
• Nie tylko większe szybkości, ale także
lepsze zarządzanie siecią, mniejszy pobór
energii, niezawodność i możliwość
dołączania miliardów osób i urządzeń.
• Są przygotowane standardy.
• Komercjalizacja ok. roku 2020.
42. Trend 2: Wszędzie światłowody
• Poprawa łączności ze względu pod katem
zwiększającego się zakresu usług
szerokopasmowych.
• Uregulowania prawne w zakresie FTTH
(Fiber To The Home).
• Dostępne kanały 100/400 Gbit/s,
pozwalające na rozwój sieci terabitowych.
43. Trend 3: Wirtualizacja, SDN i NFV
• Wirtualizacja – wielu tworzenie sieci
logicznych na tych samych zasobach
fizycznych
• SDN (Sofware Defined Network)
• NFV (Network-Function Virtualization)
44. Trend 4: Infrastruktura łączności
dla IoT i IoE
• IoT (Internet of Things)
• IoE (Internet of Evrything)
• Prawo Metcalfa: Moc sieci wzrasta
proporcjonalnie do kwadratu liczby jej
użytkowników. Do roku 2020 przyłączonych
do sieci będzie 50 mld jej użytkowników
45. Trend 5: Sieci kognitywne, Big Data
• Systemy telekomunikacyjne obsługują
olbrzymi wolumen danych; dziennie
tworzonych jest 20 mld nowych rekordów.
• Ich analiza w celu wykorzystania jest
bardzo trudna.
• Rozwiązaniem mogą być inteligentne sieci
kognitywne.
46. Trend 6: Cyberbezpieczeństwo
• Każdy podmiot korzystający z sieci
telekomunikacyjnych może być
zaatakowany przez hakerów
• Rozwój metod zabezpieczania,
autentyfikacji, sposobów szyfrowania
przesyłanych informacji
47. Trend 7: Zielona telekomunikacja
• Technologie komunikacyjne są
odpowiedzialne za 2-4% wytwarzanych
gazów cieplarnianych związanych z
działalnością człowieka.
• Największe zapotrzebowanie na energię
elektryczną mają stacje bazowe systemów
mobilnych i centra danych.
• Potrzeba projektowania energooszczędnych
sieci telekomunikacyjnych.
48. Trend 8: Inteligentne smartfony i sensory
• Urządzenia mobilne posiadają coraz to
więcej najrozmaitszych funkcjonalności.
• Możliwość komunikacji z sensorami
monitorującymi stan organizmy człowieka.
• Sensory w miastach: inteligentne miasta
(smartcities).
• Sensory w infrastrukturze (smartgrids).
49. Trend 9: Neutralność sieci
• Internet działa w trybie „otwartym”, tzn.
sieć jest zbudowana w oparciu o otwarte
standardy i cały ruch przez tę sieć jest
mniej więcej równo traktowany.
• Zapotrzebowanie na przesyłanie danych
jest ogromne, stąd mogą być różne
zapędy, aby niektóry ruch w sieci
traktować lepiej, np. niektórych
operatorów.
• Jest dyskusja zatem, w jaki sposób można
zagwarantować „neutralność sieci”.
50. Trend 10: Komunikacja molekularna
• W komunikacji molekularnej bio-
nanomaszyny komunikują się w celu
przeprowadzenia skoordynowanych akcji.
• Molekuły są wykorzystywane do
przekazywania informacji.
• Transmisja jest wolna w porównaniu z
sieciami, w których wykorzystywane są
fale elektromagnetyczne i ma raczej
niszowe zastosowania.
