В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Александр Голышко, независимый эксперт
Борис Павлов, независимый эксперт
Анастасия Козлова, независимый эксперт
Прогресс — закон природы.
Системы мобильной связи первого поколения (1G) были аналоговыми и имели один серьезный недостаток - несовместимость с другими системами различных производителей. Это существенно ограничивало возможности перемещения абонентов между странами и даже городами, но в контексте того времени данные устройства были первыми и демонстрировали настоящее "убойное приложение" в лице мобильной связи.
Цифровая связь следующего поколения 2G позволила повысить абонентскую емкость и полностью решить проблемы качественной передачи голоса, а также предоставить целый ряд новых услуг, в том числе передачу данных (2,5G). Именно последняя стала новой целью при генерации следующих поколений мобильной связи 3G, 3,5G и 4G, достигнув таких показателей, как скорость передачи данных более 100 Мбит/с при скорости перемещения свыше 300 км/ч, а в низкомобильном варианте и вовсе 1 Гбит/с.
Согласно исследованиям ООН, у 60% людей на планете имеются мобильные телефоны. Количество абонентов - 4,1 млрд человек, что в три раза превышает количество абонентов сетей фиксированной связи. Этих успехов рынок мобильной связи добился всего за 25 лет.
Но несмотря на очевидные успехи в обработке сигналов с помощью набора OFDMA, MIMO, AAS и пр., проблем хватает, поскольку потребности в скоростях передачи данных возросли многократно, а свободных радиочастотных ресурсов все меньше и меньше. Да и потребителями Интернет-ресурсов или каналов передачи данных часто становятся не только люди, но и самые различные устройства - от холодильников до газонокосилок.
Аналитическая компания ON World опубликовала отчет, согласно которому расходы на исследования и развитие беспроводных сенсорных сетей (Wireless Sensor Networking) составят $1,3 млрд в 2012 г. (в 2007 г. было всего $522 млн).
В США основным драйвером R&D-инвестиций в WSN являются разработки систем управления электроэнергетикой. Особое внимание уделяется системам интеллектуальных измерений. Ведутся работы в области управления энергоснабжением со стороны конечных клиентов, возобновляемых источников энергообеспечения, что позволит сэкономить миллиарды долларов в течение следующего десятилетия. Национальный научный фонд (National Science Foundation) работает сразу над 400 WSN-проектами и за последние 5 лет удвоил финансирование.
В течение последних 5 лет финансирование со стороны ЕС в R&D, связанных с WSN, увеличилось на 700%. Основные исследования - медицина (удаленный мониторинг пациентов и удаленное наблюдение за пожилыми людьми). В планах - инвестировать в следующие 5 лет более $1 млрд (проект Ambient Assisted Living).
Среди других регионов с сильной активностью в области WSN - Австралия, Канада, Китай и Корея. В целом разработки ведутся для защиты окружающей среды (37%), медицины (30%), а также для защиты общественного порядка, транспорта, промышленности. Подобных примеров перспективного использования мобильной связи может быть много, но очевидно, что с беспроводной инфраструктурой надо что-то делать.
В свое время одни системы мобильной спутниковой связи сильно "промахнулись" с передачей данных, а другие в силу разных причин оказались нерентабельными или нереализованными. Тем не менее прогрессивное человечество делает выводы из прежних ошибок, и сегодня в ряде стран, и в частности в США, ведутся разработки в направлении создания перспективной сети мобильной связи с использованием спутникового сегмента.
В частности, в июне 2008 г. на конференции LinkedData Planet представителями компании M2mi Corp. (США) было приведено описание инфраструктуры сети, которую они (быть может, вопреки сложившейся терминологии) назвали "5G". Указанная сеть будет представлять собой не что иное, как глобальную защищенную унифицированную широкополосную сеть передачи данных. Как заявляется, на базе данного решения M2mi Corp. сможет предлагать на рынке связи:
Сеть "5G" будет состоять из двух основополагающих элементов:
По словам исполнительного директора M2mi Corp. Джеффа Брауна, разрабатываемые технологии предназначены для создания среды, в которой мобильные устройства бесшовно взаимодействуют друг с другом в едином пространстве без вмешательства человека и без использования телекоммуникационного или Интернет-соединения, лишь по принципу mesh поверх Wi-Fi. Система "5G" будет сочетать системы передачи голоса, видео, данных на основе IP и Wi-Fi, а также интеллект machine to machine. Разработчики утверждают, что решению будут присущи бесшовная защищенность, скоростная и сетевая гибкость, устойчивость. M2mi унифицирует инфраструктуру "5G" с помощью собственного ПО, которое выступает в роли автономного "универсального транслятора" между машинами.
По данным официального пресс-релиза компании НАСА, сеть "5G" будет реализована на основе "транспортной" группы низкоорбитальных наноспутников, их количество может быть весьма значительным. Группировка обеспечит глобальное космическое покрытие новой высокоскоростной сети для современных телекоммуникаций. В рамках контракта, анонсированного в апреле 2008 г., НАСА в сотрудничестве с M2mi разработает новое поколение компактных наноспутников весом от 5 до 50 кг, отличающихся низкой себестоимостью и возможностью массового производства.
По мнению разработчиков, решения M2mi Corp. позволят осуществить переход от сетей 3G сразу к сетям "5G", основанным одновременно на нескольких передовых технологиях.
На самом деле Cloud computing - это целая группа технологий, демонстрирующая лидерство развития информационных технологий и имеющая даже большее влияние, чем в свое время электронный бизнес. Идеология Cloud computing стала популярна в 2007 г. благодаря быстрому развитию каналов связи и растущей в геометрической прогрессии потребности бизнеса и частных пользователей в горизонтальном масштабировании своих информационных систем.
Термин Cloud computing некоторые переводят словосочетанием "вычисления в облаках", а другие - "(за)облачные вычисления". Cloud computing объединяет и концепцию предоставления ПО в качестве услуги (software-as-service, SAAS), и удаленные хранилища данных, и принципы предоставления ПО в аренду (Application Service Providers, ASP). Специалисты из Gartner определяют это понятие как концепцию предоставления неких масштабируемых информационных ресурсов в качестве сервиса для многочисленных внешних клиентов посредством Интернет-технологий. Под информационным ресурсом могут подразумеваться программные продукты или дисковое пространство, а также процессорное время. Концепция Cloud computing, по мнению экспертов, дает пользователям следующие новые возможности: ограниченные в ресурсах IТ-компании приобретают собственные бизнес-приложения и почтовые серверы, реально обладая при этом только доступом к Интернету. Cloud computing сводит затраты на модернизацию и поддержку сложной IТ-инфраструктуры к обычной оплате "подписки" на услугу, будь то обслуживание CRM или корпоративный почтовый сервер.
"Игроками" на сцене Cloud computing можно считать компанию Google (сервис Google Mail), одной из первых предоставившую пользователям неограниченное дисковое пространство для хранения электронных писем (позже к ней присоединились и другие почтовые сервисы); Microsoft (и сервис Microsoft Office Live, а также всю ту же Google с ее сервисом Google Apps) с предложением ряда стандартных офисных приложений в режиме онлайн; компанию Amazon, предложившую хостинг Интернет-магазинов, и многие другие. Тенденция к развитию Cloud computing, по данным Gartner, развивалась последние 15 лет вместе с индустриализацией IТ в целом. Именно с развитием индустриализации стали предоставлять в качестве сервиса аппаратное и программное обеспечение, и даже людей. По словам аналитиков компании, дальнейшее развитие концепции позволит сформировать новый уровень отношений между провайдерами услуг и их потребителями, обеспечивая последним возможность пользоваться сервисом, но не заботиться о том, каким образом он функционирует.
Идея, лежащая в основе Grid computing, состоит в предоставлении вычислительных ресурсов и устройств массовой памяти таким же способом, каким поставляется электроэнергия с помощью единой энергосистемы. Это достигается посредством сложного механизма кластеризации ресурсов в Интернет.
Во-первых, это гетерогенность. Технология Grid computing подразумевает взаимодействие множества ресурсов, гетерогенных по своей природе и расположенных в многочисленных и географически удаленных административных доменах. Во-вторых, это расширяемость. В пул объединяемых ресурсов может входить от нескольких элементов до нескольких тысяч и более. При этом возникает потенциальная возможность снижения производительности по мере увеличения пула. Следовательно, приложения, которые требуют для своего решения объединения большого числа географически удаленных ресурсов, должны разрабатываться таким образом, чтобы быть минимально чувствительными к времени задержки.
И, наконец, обеспечение динамичности и адаптивности. При объединении большого количества ресурсов отказы элементов являются не исключением, а правилом. Поэтому управление ресурсами или приложениями должно осуществляться динамически, чтобы извлечь максимум производительности из доступных в данное время ресурсов и сервисов.
Классическая схема Grid computing основана на использовании распределенных процессорных мощностей и распределенных систем хранения. Это позволяет эффективно задействовать незанятые вычислительные ресурсы, которые могут быть разбросаны по всему миру.
Текущее состояние интеллектуальной обработки электронных документов заключается в создании семантически интероперабельной (способной к взаимодействию) среды для "интеллектуальных" программ. Эта среда получила название Semantic Web (или Web 3.0). На сегодняшний день информация для людей готовится в виде текста, картинок и звуков, а для компьютеров в виде специальных кодов. Semantic Web предусматривает объединение этих разных видов сведений в единую структуру, где каждому элементу "человеческой" информации будет соответствовать машинный код в виде специального смыслового тэга (метаданные). Все тэги должны составлять единую иерархическую структуру RDF, на основе которой и будет работать Semantic Web. Метаданные будут в обязательном порядке включать сведения о том, как, где и кем была создана данная информация и как она структурирована. Таким образом, унифицированное представление информации в Semantic Web плюс набор механизмов, "понимающих" смысловые тэги, заложенные в эту информацию, обеспечат компьютерную обработку сведений с учетом их семантики.
Одной из первых разработок M2mi является приложение под названием iCrowdSurf, предназначенное для мобильного телефона iPhone и других мобильных устройств.
iCrowdSurf дает возможность пользователям обнаруживать и подсоединяться ко всем устройствам, находящимся в их зоне досягаемости.
Что касается транспортной среды, то существует следующая классификация космических аппаратов (КА) по их весовым характеристикам:
Большие КА, созданные в соответствии с концепцией "всё в одном", имеют чрезвычайно высокую стоимость и требуют так много времени для разработки, что к моменту запуска многие технологические решения успевают устареть (по контрасту, в шведской компания Angstro..m Aerospace Corporation (АAC), проектирующей наноспутники, работает всего 24 человека).
По словам директора центра космических исследований НАСА Пита Уордена, целью взаимодействия с M2mi является создание "новой экономики" в космической индустрии за счет революционного и современного класса нано- и пикоспутников, которые радикально снижают стоимость космических полетов и увеличивают число запусков. Целевые затраты на создание КА разных классов показаны в таблице.
Перспективными для космической техники являются наноматериалы, обладающие одновременно высокими твердостью, прочностью и пластичностью, что недостижимо в материалах, построенных из "обычных" микрочастиц. Современные пленочные нанотехнологии позволяют размещать на тончайших пластинах (толщиной 1-2 мк и площадью до нескольких см2) целый комплекс энергетической, аналитической, передающей и иной аппаратуры, способной решать всевозможные задачи.
MEMS, или микроэлектромеханические системы, представляют собой механические структуры, выполненные на кремниевой основе с использованием технологий, аналогичных тем, которые применяют при производстве полупроводников. Технология производства MEMS позволяет объединять на одном кристалле механические и электронные компоненты. Благодаря этим технологиям в настоящее время могут быть созданы совершенно новые микросистемы, обладающие меньшим размером, но большим числом функциональных возможностей. Подобные устройства представляют собой чипы, в их состав входят механические элементы, способные совершать движения, которые управляются напряжением или током, подаваемым на кремниевый кристалл.
MEMS являются первыми кандидатами для применения в области беспроводных коммуникаций. На базе данного решения возможно создание гибких компонентов беспроводных устройств, обладающих меньшими размерами и обеспечивающих более высокую производительность и более тесную интеграцию с пассивными радиоэлементами, применяемыми в беспроводных устройствах.
Преимущества использования сверхмалых КА:
Возрастающей популярности сверхмалых КА способствует развитие новых технологий. В настоящее время данные технологии применяются в области астрономических наблюдений, прецизионном мониторинге Земли, инспекции ближнего космоса, в поисково-спасательных операциях, в антикриминальной и антитеррористической деятельности.
Крупнейшими производителями малогабаритных КА являются компании США, Великобритании, Франции, Германии и Израиля.
В частности, недавно созданная Наноспутниковая ассоциация Израиля (INSA) и корпорация Israel Aerospace Industries-MBT планируют запуск двух наноаппаратов в период с июля по сентябрь 2009 г., скорее всего, из космического центра Шрихарикота в Индии. В настоящее время они рассматривают навигацию как основное приложение разрабатываемых наноспутников. Стоимость выведения одного наноспутника на околоземную орбиту оценивается ими приблизительно в $150 тыс. США на космический аппарат (для сравнения: на сегодня запуск стандартного размера КА на околоземную орбиту оценивается в $15 млн США).
В России разработкой наноспутников пытались заниматься специалисты ФГУП РНИИКП, осуществлявшие программу создания и применения технологических наноспутников серии ТНС. ТНС-0 разработан за счет собственных средств ФГУП РНИИКП в короткие сроки (1 год от начала работ до выведения на орбиту).
ТНС-0 имеет цилиндрическую форму с диаметром 17 см и длиной 55 см. Основная миссия данного решения - проверка и отработка штатного канала широкодоступной космической сети для прямой связи с миниатюрным КА. Управление технологическим КА будет вестись посредством SMS-сообщений через обычный ноутбук, подключенный к спутниковому телефону системы "ГлобалСтар". КА будет присвоен телефонный номер, но во время звонка с ним будет вестись не голосовое соединение, а отправка коротких текстовых сообщений вроде привычных SMS. В дальнейшем ФГУП РНИИКП планирует запустить еще три КА (2009-2012 гг.). На них предполагается установить оборудование и материалы, созданные с использованием нанотехнологий.
НПО имени Лавочкина также планирует в будущем запускать наноспутники. В том числе и с использованием нанотехнологий.
Что касается зарубежных проектов по созданию сверхмалых КА, то это проект компании CANEUS, которая объявила своей целью создание новой парадигмы доступного и прибыльного космоса. CANEUS и Angstrom Aerospace Corporation (AAC), с которой заключен стратегический альянс, разработали многофункциональный нанос-путник MicroLink-1 (см. рисунок). Приблизительный размер 100*100*100 см3. Полезная нагрузка и ряд подсистем модуля служебных систем фактически представляют собой единую большую интегральную схему. CANEUS обеспечивает полный цикл проектирования и производства нано-, пикоспутников и предлагает клиентам недорогой и быстрый доступ к космическим полетам.
К сожалению, на сегодняшний день отсутствует в открытой печати более подробная информация о системных особенностях предлагаемой инфраструктуры и ее технических характеристиках, но, судя по активности разработчиков, для этого нашлись объективные основания.
Развертывание новых сетей cо всеми сопутствующими проблемами, включая получение радиочастот и пр., является делом дорогостоящим и затратным по времени. Поэтому уже действующие сети мобильной связи оказываются здесь как нельзя кстати: нужно лишь заключить договор с оператором и подсоединить соответствующее оборудование. Практически все приемопередающие радиомодули, представленные на рынке M2M, имеют интерфейс для обмена данными через такие сети. К примеру, наличие GSM/GPRS/EDGE-сетей упрощает и резко удешевляет развертывание промышленных систем автоматизации, не требующих сверхвысоких скоростей передачи данных. Однако в ряде сегментов, к которым относятся телематика на пассажирском транспорте, дистанционное управление объектом, мониторинг, диспетчеризация и системы охраны, требуется выход в GSM-сети через какие-либо дополнительные сети с покрытием небольшой зоны.
По данным ABI Research, подобные сети в лице уже известных нам WSN все чаще становятся связующим звеном в проектах развертывания сервисов M2M. Аналитики считают, что WSN окажут значительное влияние на развитие рынка отдельных типов сотовых модулей М2М. По их прогнозам, к 2011 г. продажи сотовых модулей M2M в секторах, где действуют сети с малым радиусом покрытия, составят более 45 млн единиц и вдвое превысят реализацию в сегментах рынка М2М, где сети WSN не находят применения (например, телемедицина, информационные дисплеи, транспорт).
С новым интересным решением вышла на рынок M2M американская компания MaxStream, предложив вместо объединения разнородных сетей GSM и WSN расширить зону покрытия сети ZigBee, которая тоже относится к классу WSN. Эта компания разработала устройство XBee XTender, объединившее технологии XBee и XTend. На базе ZigBee-сетей решается широкий круг задач: автоматизация технологических процессов, построение так называемых "интеллектуальных зданий", беспроводной сбор информации в системах энергоучета и т.п. По мнению экспертов, применение беспроводных сетей стандарта ZigBee/802.15.4 оправдано, когда необходимо низкое энергопотребление при невысоких скоростях передачи данных. Специалистам MaxStream удалось преодолеть недостаток таких сетей, заключающийся в небольшом покрытии зоны (30-100 м) между устройствами. Предложенное решение позволяет объединять устройства, использующие сеть ZigBee/802.15.4, на расстояниях до 60 км. XBee XTender связывается с узлами сети ZigBee на частоте 2,4 ГГц, а связь на большом расстоянии обеспечивает радиомодем XTend мощностью 1 Вт, работающий в диапазоне 900 МГц. Таким образом, между ZigBee-сетями создается радиомост. По мнению производителя, низкое энергопотребление ZigBee-устройств и дальность модема XTend дают широкие возможности для создания различных беспроводных решений. Как ожидается, в продаже новинка появится в декабре. Компания MaxStream выпустила также три новых комплекта разработчика для проектирования ZigBee-сетей на базе модулей ХВее и ХВееРго.
Другое интересное решение MaxStream (с использованием Ethernet-модулей фирмы Rabbit Semiconductors) позволяет объединять сети ZigBee с локальными или глобальными сетями и на этой основе строить системы сбора данных с беспроводных датчиков, автоматически передающих информацию в любую точку мира, или удаленно управлять различными беспроводными устройствами.
Косвенно за тенденциями развития рынка M2M-оборудования можно следить по отчетам аналитиков многочисленных агентств, в том числе таких, как McKinsey & Company, Alexander Research, ci-online, ABI Research, Gartner, Juniper. Пока их оценки и прогнозы существенно расходятся, что вполне характерно для этапа становления рынка, но в целом они весьма оптимистичны. Как полагают эксперты, рынок решений M2M, базирующихся на уже созданных сотовых сетях, может стать достойной альтернативой рынку мобильной телефонии, рост которого замедлился. Наибольшее же применение устройства M2M найдут на транспорте, в логистике и телемедицине, в системах безопасности и дистанционного управления.
По мнению аналитиков из ABI Research, к 2013 г. продажи сотовых M2M-модулей составят 95 млн штук. В сегменте "телематика" ожидаемый уровень продаж достигнет 34 млн устройств, а в сегменте "телеметрия" - 39 млн устройств. До 2011 г. основной рост рынка M2M-оборудования будет наблюдаться в сегменте телеметрии благодаря широкому кругу приложений, включая интеллектуальные измерения (smart metering), POS-терминалы, дистанционное управление и контроль. Общее же количество беспроводных М2М-устройств за период с 2006 по 2011 гг., как ожидается, увеличится семикратно - с $35 до $250 млн.
Однако прогнозы могут быть скорректированы жизнью, если, к примеру, планете будет не до наноспутников. Или при столкновении с реальной жизнью примененные в "5G" технологии окажутся не на высоте. Или появится более совершенная система связи. В общем, поживем - увидим. Ведь, как говорил один наш "успешный менеджер", здоровое недоверие - это хорошая основа для совместной работы.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #3, 2009
Посещений: 18301
Статьи по теме
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
