CC BY
2
doi: 10.36724/2409-5419-2023-15-3-57-64
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СЕТЕВЫЕ УСЛУГИ
ПШЕНИЧНИКОВ Анатолий Павлович 1
КОРОТКОВА Виктория Игоревна 2
ПОСКОТИН Леонид Сергеевич 3
Сведения об авторах:
1 к.т.н., профессор, профессор Московского технического университета связи и информатики, Москва, Россия, pshenichnikov@mtuci.ru
2 аспирант Московского технического университета связи и информатики, Москва, Россия, v.i.korotkova@yandex.ru,
3 аспирант Московского технического университета связи и информатики, Москва, Россия, svp_vpl@yahoo.com
АННОТАЦИЯ
Введение: суть Четвертой промышленной революции заключается не только в появлении новых технологий, но и в интеграции уже существующих в единую систему, доступную для широкого использования. Технологическая революция проникает во все сферы общественной жизни, автоматизирует производственные процессы, настраивает связь между физическими и вычислительными ресурсами. Данные преобразования подкреплены такими инновациями как: киберфизические системы, искусственный интеллект, большие данные, Интернет вещей, робототехника, облачные технологии, космические технологии, виртуальная реальность и некоторые другие. Новые цифровые технологии могут оказывать на различные сферы жизни общества как позитивное, так и негативное влияние, например: безработица, неравенство, экономическое развитие, безопасность и другие. Целью работы является получение минимального уровня понимания цифровых прорывных технологий, раскрытие их потенциала и их связи с вызванными промышленной революцией системными изменениями. Методы: при рассмотрении влияния прорывных технологий на реализацию Четвертой промышленной революции следует использовать системную методологию. Рассмотрены перспективные технологии, которые существенно влияют на реализацию промышленной революции. Результаты: Приведены графические зависимости скорости фиксированных сетей связи при реализации концепций их развития за период 1960-2030 гг. и графические зависимости скорости сетей сотовой мобильной связи поколений Ю-60 за период 1970-2030 гг. Отмечено, что смена концепций развития фиксированных сетей связи и поколений сотовых мобильных сетей связи с 2000 года согласуются по времени в соответствие с "правилом 10 лет". Представлена эволюция технологий и услуг сетей сотовой мобильной и фиксированной связи. В Будущих сетях прогнозируются базовые и составные сетевые услуги. В работе кратко рассмотрены базовые сетевые услуги с перечнем необходимых функций для реализации коммуникаций. Аналогичным образом представлен краткий анализ составных сетевых услуг и приложений с перечислением требованием к сетям для их реализации. Для полного раскрытия потенциала инновационных технологий и услуг промышленной революции необходимы значительные преобразования в экономических, социальных, политических и духовных сферах общества.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: цифровые прорывные технологии, базовые и составные сетевые услуги, технологическая революция, промышленная революция, искусственный интеллект, роботы, фиксированные сети связи, сотовые мобильные сети связи.
Для цитирования: Пшеничников А.П., Короткова В.И., Поскотин Л.С. Перспективные инфокоммуникационные технологии и сетевые услуги // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2023. Т. 15. № 3. С. 57-64. doi: 10.36724/2409-5419-2023-15-3-57-64
Введение
Начало второго десятилетия XXI века отмечено провозглашением бизнесменами, политиками и учёными в Германии Четвёртой промышленной революции (The Fourth Industrial Revolution) (индустрия 4.0), новой технологической революции, которая должна привнести коренные изменения в производственные процессы с помощью использования глубокой интеграции «киберфизических систем». Для гибкости производства необходима замена соединительных кабелей на беспроводную связь со сверхнизкой задержкой порядка 1 мс и сверхвысокой надёжностью, превышающей 99,9999%. Киберфизическая система (cyber-physical system) - концепция, предлагающая интеграцию вычислительных средств в физические объекты, включая биологические и рукотворные объекты [1].
Сущность индустрии 4.0 заключается в синтезе и взаимодействии технологий физического, инфокоммуникацион-ного и биологического блоков. При этом цифровые технологии являются катализатором при синтезе и взаимодействии различных технологий для достижения поставленных целей и получения при этом синергетического эффекта.
Причинами промышленных революций являются не технологии, а их влияние на экономические, политические, социальные, духовные сферы (подсистемы) общества как целостной системы. Технологии создают условия для построения новых или совершенствования существующих систем. Под искусственными системами понимается совокупность взаимодействующих элементов, упорядоченная для достижения поставленных целей.
Технологии Четвёртой г
О роли цифровых технологий в реализации задач Четвёртой промышленной революции
При рассмотрении влияния инновационных технологий на реализацию систем Четвёртой промышленной революции (ЧПР) следует использовать системную методологию [2].
Четвёртая промышленная революция должна способствовать ускорению процессов развития человеческого общества. Чтобы воспользоваться её потенциалом, необходимо решение следующих задач:
- гарантировать - справедливое распределение полученного блага от прорывных технологий;
- контролировать и управлять рисками и негативными последствиями ЧПР;
- гарантировать, что ЧПР будет происходить в интересах и под контролем человека.
Большинство экспертов выделяют 12 взаимосвязанных прорывных технологий, оказывающих существенное влияние на раннем этапе реализации ЧПР (табл. 1) [3]. Все новые технологии - это продолжение Третьей (цифровой) промышленной революции, которая началась в 1950 г. с прорывов в теории информации, вычислительной технике, цифровых телекоммуникациях. Известные эксперты по новейшим технологиям считают, что наибольшие шансы стать фундаментом ЧПР будут: искусственный интеллект, распределённые реестры и перспективные вычислительные технологии.
Представленные в таблице 1 технологии не претендуют на полноту.
Таблица 1
мышленной революции
Блоки технологий Технологии Комментарии
Расширение цифровых технологий 1. Новые вычислительные технологии Квантовые, облачные, туманные, граничные, распределённые и встроенные вычисления. Разработка программного обеспечения. Фотоника - хранение, обработка и передача информации.
2. Блокчейн и технологии распределённого реестра Блокчейн - непрерывная последовательная цепочка блоков, содержащих информацию. Создание и обмен уникальными цифровыми, криптозащищёнными записями без централизованной доверенной стороны. Отсутствие посредников.
3. Интернет вещей (IoT) IoT - базовый инфраструктурный элемент ЧПР при решении системных проблем, обеспечение кибербезопасности. «Интернет всего».
Преобразование физического мира 4. Искусственный интеллект (ИИ) и роботы Люди, роботы и ИИ вместе работают лучше. Цели системам и алгоритмы достижения этих целей на основе ИИ устанавливают люди. Машинное обучение. Универсальный ИИ пока не создан.
5. Передовые материалы Разработка передовых материалов и нанотехнологий влияет на все аспекты ЧПР. Нанотехноло-гии оперируют с веществом на молекулярном или атомном уровне. Наночастица имеет размер от 1 до 100 нанометров.
6. Аддитивные производства и многомерная печать «ЗЭ-печать» и «аддитивное производство» описывают процессы создания физических объектов путём послойного нанесения материала. 40-технология - самоизменяющиеся свойства материалов.
Изменение человека 7. Биотехнологии Биотехнологии обещают увеличить продолжительность и качество человеческой жизни. Генная инженерия - эффективный метод улучшения сельхозкультур.
8. Нейротехнологии Нейротехнологии позволяют усовершенствовать механизмы влияния на сознание и мыслительный процесс. Взаимодействие компьютера и мозга.
9. Виртуальная и дополненная реальность Виртуальная реальность (ВР) - это создаваемый компьютером мир, с которым взаимодействует человек. Дополненная (ДР) и смешанная (СР) реальности позволяют дополнить реальный мир.
Интеграция окружающей среды 10. Получение, накопление и передача энергии Энергетика находится на пороге перехода от ископаемых видов топлива возобновляемым энергоресурсам. Новое в энергетике - от энергии приливов до термоядерного синтеза.
11. Геоинженерия Геоинженерия - это вмешательство в природные системы планеты. Вмешательство в климат планеты может быть опасным.
12. Космические технологии К 2030 г. ожидается всплеск развития технологий в освоении космоса. Планируется запустить около 12 тыс. коммерческих спутников для доступа в Интернет.
Преимущества и недостатки прорывных технологий связаны с такими важными вопросами, как неравенство, безработица, экономическое развитие, здоровье и безопасность.
Технологии ЧПР взаимосвязаны, так как основаны на цифровых технологиях и сетях, созданных во время Третьей (цифровой) промышленной революции.
Новейшие технологии распространяются с экспоненциальной скоростью. Благодаря цифровой совместимости, проникают в материальные объекты и в духовную сферу общества, комбинируются неожиданными, а иногда и вредными способами, создавая как преимущества, так и проблемы. Автоматизация влияет на уровень трудоустройства. Для решения этой проблемы необходимы инвестиции в переобучение взрослого населения.
В контексте ЧПР направление развития фиксированных сетей связи определено в концепциях МСЭ-Т «Будущие сети» [4-5] и «Сеть 2030» [6-11] (рис.1), а сотовых мобильных сетей связи - в поколениях 5в [12-13] и 6в [14-17] (рис. 2). Как видно из рисунков 1 и 2, МСЭ-Т согласовал по времени смену концепций развития фиксированных сетей связи со сменой поколений сетей сотовой мобильной связи («правило 10 лет»),
1
|[И'| tt t
Рис. 1. Эволюция пиковой скорости фиксированных
Рис. 2. Эволюция пиковой скорости сетей сотовой сетей связи мобильной связи
Сокращения:
IDN - Integrated Digital Network - Интегральная цифровая сеть;
ISDN - Integrated Services Digital Network - Цифровая сеть с интеграцией служб;
ADSL2+ - READSL2+ - Reach Extended ADSL2+ - «дальнобой-Hbffl»ADSL;
VDSL2- Very-high data rate Digital Subscriber Line 2 - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия 2;
NGN - Next Generation Networks - Сети следующего поколения;
FN - Future Networks - Будущие сети;
NET- 2030 - Network 2030 - Сеть 2030.
Для сопоставления названий поколений сотовой мобильной связи и концепций развития фиксированной связи ETSI (European Telecommunications Standards Institute - Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций) и компания Huawei предложили концепции развития фиксированных сетей связи называть по аналогии с поколениями сетей сотовой мобильной связи следующим образом: концепцию ISDN - FNG1 (FN - Fixed Network - фиксированная сеть); ADSL2+ - FNG2; VDSL2 - FNG3; NGN -FNAG; FN-FN5G; NET-2030 -FNG6.
Эволюция технологий и услуг сетей сотовой мобильной связи и фиксированной связи приведена в таблице 2.
Развитие сетей идёт в направлении удовлетворения потребностей пользователей в инфокоммуникационных услугах и приложениях. Различные аспекты услуг цифровых сетей связи, реализованных по технологии коммутации пакетов, детально рассмотрены МСЭ-Т в концепции «Сети связи следующего поколения» (NGN) [18].
Особенности предоставления инфокоммуникационных услуг с использованием технологии сетевой виртуализации рассмотрены в концепции «Будущие сети». Преобразование физических ресурсов в виртуальные ресурсы выполняется с помощью технологий SDN (Software-Defined Networking -программно-конфигурируемая сеть)
и NFV (Network Functions Virtualization - виртуализация сетевых функций). Взаимодействие SDN и NFV позволяет создавать виртуальную транспортную сеть, с помощью которой производится управление пересылкой пакетов и предоставление услуг.
По прогнозам Целевой группы МСЭ-Т FG NET-2030r.
будущие сети должны обеспечивать три основных вида
коммуникаций [19]:
- голографические /телепорт (holographic/teleport);
- высокоточные (high-precision communications);
- высококачественные (qualitative communications).
В будущих сетях прогнозируются базовые (foundational) и составные (compound или composite) сетевые услуги. Базовые требуют поддержки на узлах сети. Составные услуги могут состоять из нескольких базовых услуг и не требуют поддержки на транзитных узлах. Примерами составных услуг являются коммуникации голографического типа и Тактильный Интернет [20].
Таблица 2
Параметры сетей сотовой мобильной и фиксированной связи
Сотовые сети 1G 2G 3G 4G 5G 6G
«Правило 10 лет» 1970-1980 1980 -1990 1990-2000 2000-2010 2010-2020 2020 -2030
Скорость, задержка, услуги Аналоговая голосовая связь 14,4 кБит/с голос и данные 2 Мбит/с, 150 мс, голос, видео, данные 1 Гбит/с, 10 мс VoLTE, eMBMS 20 Гбит/с 1-2 мс eMBB, URLLC, mMTC 1 Тбит/с <100 мкс VLV&TIC, ManyNets, BBE&HPC
Фиксированные сети FN1G FN2G FN3G FN4G FN5G FN6G
Скорость <2 Мбит/с 2-30 Мбит/с 30-100 Мбит/с 0,1-1 Гбит/с 1-10 Гбит/с 1 Тбит/с
Концепции БЫ ISDN ADSL 2+ VDSL2 NGN Future Network Network 2030
Услуги Голос и данные с низкой скоростью Голос, данные, доступ в Интернет Голос, данные, доступ в Интернет, видео Мультимедийные услуги, видео Ultra-HD Интеллектуальные услуги, FFC, eFBB, GRE Голографические, высококачественные, высокоточные услуги
Сокращения:
BBE&HPC - Beyond Best Effort and High-Precision Communications - коммуникации с качеством лучше Best Effort и высокоточные; eFBB - enhanced Fixed Broadband - улучшенная фиксированная широкополосная связь; eMBB - enhanced Mobile Broadband - сверхширокополосная мобильная связь;
eMBMS - evolved Multicast/Broadcast Multimedia Services - широковещательная/многоадресная передача мультимедийного контента;
FFC- Full-Fiber Connection - всестороннее применение оптоволоконных соединений;
Future Networks - Будущие сети;
FN - Fixed Network - фиксированная сеть;
G - Generation - поколение;
GRE - Guaranteed Reliable Experience - гарантированная надёжность доставки; ManyNets -Many Networks -множество сетей;
mMTC - Massive Machine Type Communications - массовая межмашинная связь; Ultra-HD - Ultra-High Definition - сверхвысокая чёткость;
URLLC - Ultra-Reliable Low Latency Communication - сверхнадёжная связь с малой задержкой;
VLV&TIC - Very Large Volume & Tiny Instant Communications - очень большой объём данных и крошечные мгновенные сообщения.
Базовые сетевые услуги и приложения
В будущих сетях время является главным свойством новых приложений и сетевых услуг, таких как [9-10]:
- тактильные приложения с задержкой не более 5 мс, иначе для пользователя теряется иллюзия удалённого «прикосновения». Это важно для удалённого управления оборудованием на основе тактильной обратной связи. Под задержкой понимается время с момента начала передачи первого бита пакета и до момента приёма последнего бита пакета. Нормируются сквозные задержки E2E (end-to-end) между точками отправки и получения;
- автономная критически важная инфраструктура, например, удалённое управление транспортными средствами. Допустимая задержка - не более 1-5 мс;
- промышленная и робототехническая автоматизация. Для контроллеров требуется очень точная синхронизация. При этом задержка должна быть детерминированной.
Услуги in-time и on-time. Услуги доставки пакетов не позже заданного момента времени t (in-time). Допустимую задержку при этом нельзя превышать.
Услуги доставки в заданный интервал времени At (on-time). Как и в случае in-time, задержку превышать нельзя. Эти услуги особенно актуальны для движущихся автономных объектов, например, автомобили или дроны.
Услуги скоординированной доставки обеспечивают доставку взаимозависимых или связанных потоков.
При этом гарантируется сохранение зависимостей и временных ограничений, наложенных на потоки.
Примерами скоординированных коммуникаций являются:
- мультисенсорные, которые возникают при передаче сигналов от различных сенсоров по разным потокам и, возможно, по разным путям. Доставка мультисервисной
информации должна быть синхронизирована между всеми источниками при доставке пользователю;
- виртуальный оркестр и /или концерты. Исполнители виртуального оркестра находятся в разных концах мира. Дирижер на сцене жестами управляет звуком ансамбля. Эти жесты должны быть получены одновременно всеми удалёнными музыкантами и аудио/видео от музыкантов к сцене;
- многосторонние голографические коммуникации. Потоки в сети из конца в конец обладают следующими зависимостями: временная зависимость требует, чтобы потоки соответствовали гарантиям, связанным со временем; зависимость порядка - потоки доставляются в определённой последовательности; зависимость качества - все потоки соответствуют заданному QoS.
Услуги высококачественных коммуникаций. В цифровой сети минимальной автономной единицей доставки является пакет. Пакеты теряются в сети по трём причинам:
сброс при перегрузке; сбой или отказ оборудования или канала; повреждение пакетов.
Эти услуги предполагают возможность сети различать фрагменты содержимого пакетов. Фрагментам приписывают относительные приоритеты при передаче в сети. При перегрузке в сети фрагмент с низким приоритетом может быть исключён из полезной нагрузки пакета, а фрагмент с более высоким приоритетом сохраняется для передачи к месту назначения.
Для качественных коммуникаций необходима поддержка следующих функций:
- новый метод пакетизации, в котором полезная нагрузка конструируется в виде набора фрагментов и информации для извлечения в заголовке пакета;
- функция исходного приложения определяется и назначается исходным приложением;
- функция узла пересылки выполняет операцию редактирования пакета, при которой фрагменты с низкой значимостью удаляются из пакета при перегрузке;
- функция конечного приложения. Получатель может отправить через обратную связь информацию об уровне своего удовлетворения в отношении принятого пакета.
Составные сетевые услуги и приложения
Голографические коммуникации. Голография позволяет записывать световое поле, создаваемое оптическим излучением. Для передачи голограмм необходимо иметь очень высокую пропускную способность канала связи из-за больших объёмов данных. Потоковая передача объёмных данных и массивов изображений накладывает дополнительные требования к синхронизации.
Коммуникации голографического типа HTC (Holographic Type Communications) для передачи больших объёмов данных требуют пропускной способности уровня Тбит/с. Дисплею на основе дополненной/виртуальной реальности AR/VR (Augmented/Virtual Reality) требуется пропускная способность порядка Гбит/с. Дополнительно необходимо обеспечить: сверхнизкие задержки не более 5 мс; при синхронизации параллельных потоков для удалённой работы изменения задержки по каналам не должны превышать 7 мс; необходимо обеспечить безопасность и гарантию доставки пакетов; ключевыми требованиями для HTC является наличие граничных (периферийных) вычислений высокой вычислительной мощности; в зависимости от массива изображений может потребоваться поддержка в сети порядка 1 тысячи параллельных потоков [9].
Тактильный Интернет для удалённой работы. Тактильные взаимодействия относятся к чувству прикосновения, фиксируемому рецепторами кожи. МСЭ-Т определяет Тактильный Интернет для удалённой работы TIRO (Tactile Internet for Remote Operations) как сеть, сочетающую сверхнизкую задержку с чрезвычайно высокой доступностью, гарантией доставки и безопасностью [20].
Тактильные сетевые приложения обычно включают следующие каналы: канал тактильной обратной связи для передачи тактильных данных от удалённых тактильных датчиков к тактильному эффектору (например, «информацион-
ная перчатка», передающая тактильные ощущения пользователю); канал управления дистанционным исполнительным механизмом; дополнительные каналы для трансляции видео, аудио и телеметрии из удалённого места.
Основные требования к сети со стороны услуг TIRO:
- пропускная способность для потоков VR - до 5 Гбит/с, а для голограмм - до1 Тбит/с;
- задержка, которая остаётся незамеченной человеческим глазом, составляет около 5 мс. При реализации сверхнизкой задержки необходимо учитывать скорость распространения сигнала в одну сторону: в медном кабеле - 300 км за одну миллисекунду, в оптическом волокне - 200 км;
- синхронизация. Человеческий мозг имеет разное время реакции на различные сенсорные сигналы: тактильные (1мс), визуальные (10 мс), звуковые (100 мс). Каналы тактильной обратной связи должны быть строго синхронизированы;
- безопасность передачи данных без возможности взлома в критических тактильных случаях, связанных с человеческой жизнью или дорогостоящим оборудованием;
- гарантия доставки данных. В критических приложениях потеря данных должна быть минимальной. Надёжные схемы передачи и повторной передачи пакетов должны работать с допустимыми задержками;
- приоритизация потоков на основе их актуальности и важности.
Интеллектуальная операционная сеть. Создание интеллектуальной (эксплуатационной) сети ION (Intelligent Operation Network) будет способствовать эффективному предоставлению интеллектуальных услуг и приложений. Использование искусственного интеллекта AI (Artificial Intelligence) и обучения на реальных сетевых операциях будет способствовать определению и прогнозированию неисправностей и отказов в сети.
Требования к сети ION', интеллектуальное управление сетью с обратной связью с малой задержкой; реакция на события с низкой задержкой и приоритизация данных; мгновенный сбор данных с высокой пропускной способностью для определения состояния сети; программируемость и программная обработка данных.
Конвергенция сетей и вычислений. Реальная конвергенция (сближение) сетей и вычислений NCC (Network and Computing Convergence) необходима для внедрения в будущих сетях технологий искусственного интеллекта AL, интеллектуальной балансировки нагрузки между узлами, управления потоками нагрузки и сетевыми ресурсами, контроля и эксплуатации сети.
При этом должна быть реализована следующая функциональность: осведомлённость о вычислениях. Будущие сети должны поддерживать контролируемое во времени распределение вычислительной мощности сети и вычислительных ресурсов; распределённое и интеллектуальное управление сетью без ручного вмешательства; возможность множественного доступа; быстрая маршрутизация и ремаршрути-зация трафика.
Цифровые двойники. Цифровой двойник DT (Digital Twin) определяется как представление физического объекта в цифровом виде в реальном времени. Цифровые двойники
позволяют управлять большими, сложными, стохастическими и динамическими системами с применением технологий искусственного интеллекта, глубокого машинного обучения, облачных вычислений с их безграничными вычислительными ресурсами, Интернета вещей и других перспективных технологий.
Для реализации DT должны выполняться следующие требования к будущим сетям: различная пропускная способность сети по требованию; задержки на уровне миллисекунд в случае критически важных услуг; мобильность по запросу; эластичность для обеспечения гибкого планирования ресурсов; безопасность обмена информацией и конфиденциальность данных.
Интегрированная наземно-космическая сеть. Космическая сеть обеспечивает коммуникации на большие расстояния и является весьма актуальной для нашей страны с её огромной территорией. Эта сеть считается одним из важных компонентов будущей сети, в которой она будет взаимодействовать с наземной сетевой инфраструктурой и в перспективе станет интегрированной наземно-космической сетью STIN (Space-Terrestrial Integrated Network).
Космическую сеть планируется реализовать на спутниковой системе на низкой околоземной орбите LEO (Low Earth Orbit). Спутники на средней околоземной орбите MEO (Medium Earth Orbit) и геостационарной орбите GEO (Geostationary Earth Orbit) могут обеспечить большую физическую стабильность спутников, но имеют большую задержку (таблица 3).
Таблица 3
Характеристики космических систем
Требования к будущей сети со стороны STIN:
- гибкая адресация и маршрутизация. Необходимо решить проблему IP-адресации тысяч спутников LEO с наземной интернет-инфраструктурой, поскольку IP-адреса в космосе будут динамически соединяться с различными автономными системами на Земле с разными сетевыми IP-префиксами.
- по сравнению с высокой пропускной способностью оптоволоконных линий, каналы, соединяющие спутники LEO в космосе и наземную инфраструктуру Интернета, могут стать узким местом с точки зрения пропускной способности;
- управление доступом к спутникам. В будущей сети необходимо обеспечить связь мобильного устройства со спутником. В этой ситуации спутник является точкой доступа, он должен обладать информацией о величине трафика в космической сети;
- граничные вычисления и хранение данных вызовет проблемы на стороне спутника LEO.
Индустриальный Интернет вещей IIoT с облачными технологиями. Концептуальные основы Индустриального Интернета вещей IIoT (Industrial Internet of Things) определены в контексте ЧПР. Требования к будущей сети со стороны IIoT:
- задержка. Подсистемы управления могут работать с длительностью цикла от субмиллисекунд (доли 1 мс) до 10 мс. Задержки сигнализации должны быть на уровне времени цикла с джиггером на уровне 1 мкс;
- временная синхронизация является фундаментальным требованием для многопроводных приложений;
- малый и ограниченный джитгер. Для систем управления движением и некоторых критических ситуаций он должен быть на уровне субмикросекунд;
- безопасность и безотказность. Требования доступности услуг для приложений IIoT обычно составляет от 99,9999% до 99,999999%.
Приложения больших научных данных. Для передачи и обработки больших научных данных HSD (Huge Scientific Data) от астрономических телескопов, ускорителей заряженных частиц, термоядерных реакторов к будущей сети предъявляются следующие требования:
- потребность в пропускной способности от 100 Тбит/с до 1 Тбит/с;
- сквозное качество обслуживания QoS. Сеть должна обеспечивать пропускную способность и распределение ресурсов динамически с учётом потребности;
- синхронизация. Телескопы имеют ограниченные локальные хранилища и непрерывно собираемые данные должны передаваться в реальном времени;
- готовность. Коэффициент готовности колеблется от 99,95% до 99,999%.
Пересылка пачек данных с учётом приложений ABF (Application-aware Data Burst Forwarding) используется для значительного сокращения времени передачи данных приложения. Сквозной виртуальный канал создаётся по запросу для каждой пачечной передачи. Сеть должна поддерживать быстрое установление виртуального канала и его разрушение. В отличие от алгоритмов контроля перегрузки механизм разрешения передачи работает как коммутатор для включения/выключения передачи пачек. Как только передача разрешена, пачка пересылается из источника данных с использованием всей скорости линии. Этот механизм используется в системах управления с обратной связью.
Услуги в зоне аварийно-спасательных операций EDR (Emergency and Disaster Rescue) должны обеспечить индивидуальное квалифицированное управление самоэвакуацией в ближайшую безопасную зону. Эти услуги должны быть доступны любому пользователю в любом месте и в любое время.
Для реализации этого требования при чрезвычайных ситуациях в масштабе объекта должны быть использованы сети связи общего пользования и сотовые мобильные сети. В перспективе необходимо сделать эту услугу доступной в региональном и глобальном масштабах.
Социальный Интернет вещей SIoT (Social Internet Things) предназначен для использования потенциала соци-
Расстояние Скорость передачи Задержка
900 - 1200 км (LEO) 1 - 200 Гбит/с 35 мс
~ 2 000 км (MEO) 1 - 200 Гбит/с ~ 60 мс
Космос-космос ~ 100 км ~ Тбит/с
Космос-космос ~ 1000 км ~10 Гбит/с
альных сетей. Будущие сети должны поддерживать: открытые интерфейсы сетевых услуг; мобильность по запросу; обеспечивать виртуализацию социальных объектов; доступность вычислительных ресурсов и ресурсов хранения на границе сети; предоставлять инструменты для защиты SIoT от атак; поддерживать энергоэффективность «вещей», большинство которых работает от батарей.
Связанный и совместный искусственный интеллект CSAI (Connectivity and Sharing Artificial Intelligence). В Интернете вещей (IoT) произойдёт сдвиг от подключения обычных вещей к подключённым интеллектуальным вещам. Так, автономные автомобили могут снабжаться алгоритмами распознавания изображений на основе данных, полученных с бортовых датчиков, позволяющих оперативно обнаруживать препятствия и соответственно маневрировать.
Основные требования CSAIr к будущим сетям: сеть должна поддерживать мобильность по требованию; необходимы сетевые протоколы для обеспечения низкого энергопотребления при взаимодействии между интеллектуальными объектами; использовать технологии виртуализации, позволяющие развернуть ИИ-компоненты гибким способом; совместная оркестровка сети, интеллекта и вычислений; при массовом использовании ИИ потребуется большая пропускная способность сети при малой задержки передачи данных (менее 1 мс); необходима адресация ИИ-компонентов; единообразные интерфейсы сети для описания ИИ-возможностей; программи-руемость сети - могут потребоваться специальные сетевые процедуры, которые распознают объекты и эффективно пересылают им данные; повышенные требования к обеспечению безопасности и конфиденциальности.
Заключение
Прошло более 10 лет с провозглашения Четвёртой промышленной революции, которая является естественным продолжением Третьей (цифровой) промышленной революции. В основе Четвёртой промышленной революции лежат прорывные технологии физического, цифрового и биологического блоков. Инновационные технологии способствуют реализации концепций «Будущие сети» и «Сети 2030» фиксированных сетей связи и сотовых мобильных сетей связи поколений 5G и 6G.
Четвёртая промышленная революция окажет фундаментальное воздействие на экономику. Ключевым вопросом становится способность экономики реализовывать инновации. Основным ресурсом инновационной экономики считается интеллект. Для стимулирования инновационной деятельности необходимы вложения в человеческий капитал и технологии.
Внедрение прорывных технологий обеспечивает совершенствование существующих и создание новых технологи-
ческих систем в экономических, политических, социальных и духовных сферах общества, влияющих на жизнь каждого человека.
Литература
1. Шваб Клаус. Четвертая промышленная революция: пер. с анг. М.: Издательство «Эксмо», 2017. 208 с.
2. Качала В.В. Общая теория систем и системный анализ. Учебник для вузов. М.: Горячая линия - Телеком, 2017. 432 с.
3. Шваб Клаус, Дэвис Николас. Технологии Четвёртой промышленной революции, / пер. с англ. М.: Эксмо, 2019. 320 с.
4. Росляков А.В., Ваняшин С.В. Будущие сети (Future Networks). Самара: ПГУТИ, 2015. 274 с.
5. Росляков А.В. Будущие сети: обзор подходов к новой телекоммуникационной парадигме II Электросвязь. 2020. № 9. С. 30-37.
6. Росляков А.В. СЕТЬ 2030: архитектура, технологии, услуги. М.: Колосс-с, 2022. 324 с.
7. Росляков А.В. "СЕТЬ-2030": взгляд МСЭ-Т на будущее сетей фиксированной связи II Первая миля. 2021. №4. С. 50-59.
8. ITU-R, IMT traffic estimates for the years 2020 to 2030, Report ITU-R M. 2370-0, July 2015 (дата обращения 12.09. 2022).
9. Network 2030. A Blueprint of Technology, Applications and Market Drivers Towards the Year 2030 and Beyond. FG-NET-2030. Geneva, 2019.
10. ITU-T FG NET2030 Deliverable "New Services and Capabilities for Network 2030: Description, Technical Gap and Performance TargetAnalysis". Geneva, 2019.
11. ITU-T FG NET-2030 Technical Report "Gap Analysis of New Services, Capabilities and Use Cases for the Networks in 2030 and Beyond". Geneva, 2020.
12. The Fifth Generation Fixed Network (F5G). Bringing Fibred to Everywhere and Everything. ETSI White Paper No. 41, 2020. 24 p.
13. Тихвинский B.O., Терентъев C.B., Коваль B.A. Сети мобильной связи 5G: Технологии, архитектура и услуги. М.: Издательский дом Медиа Паблишер, 2019. 376 с.
14. Вэнь Тонг, Пейин Чжу. Сети 6G. Путь от 5G к 6G глазами разработчиков. От подключённых людей и вещей к подключённому интеллекту, / пер. с англ. B.C. Яценкова. М.: ДМК Пресс, 2022. 624 с.
15. Молчанове Д.А, Бегишев В.О., Самуилов К.Е., Кучерявый Е.А. Сети 5G/6G: архитектура, технологии, методы анализа и расчёта: монография. М.: РУДН, 2022. 516 с.
16. 6G (шестое поколение мобильной связи). https://www.tadviser.ru/index.php (дата обращения 20.09.2022).
17. Mobile Ad-h0c Networks (manet). https://datatracker.ietf.org/wg/manet/about/ (дата обращения 20.06.2022).
18. Росляков А.В. Сети следующего поколения NGN. М.: Эко-Трендз, 2009. 424 с.
19. Целевая группа по технологиям для Сети 2030. https://www.itu.int/en/ITUT/focusgroups/net2030/Pages/default.aspx#/r и (дата обращения 20.06.2022).
20. ITU-T. Tactile Internet. https//www.itu.int/en/ITU-T/techwatch/Pages/tactileinternet.aspx (дата обращения 12.09.2022).
PROMISING INFOCOMMUNICATION TECHNOLOGIES AND NETWORK SERVICES
ANATOLIY P. PSHENICHNIKOV
Moscow, Russia
VICTORIA I. KOROTKOVA
Moscow, Russia
LEONID S. POSKOTIN
Moscow, Russia
KEYWORDS: digital breakthrough technologies, basic and composite network services, technological revolution, industrial revolution, artificial intelligence, robots, fixed communication networks, cellular mobile communication networks.
ABSTRACT
Introduction. The essence of the Fourth Industrial Revolution is not only the emergence of new technologies, but also the integration of existing ones in a single system available for widespread use. The technological revolution penetrates in all spheres of public life, automates production processes, and adjusts the connection between physical and computing resources. Such innovations as cyber-physical systems, artificial intelligence, big data, the Internet of Things, robotics, cloud technologies, space technologies, virtual reality and some others supported these transformations. New digital technologies can have both a positive and a negative impact on various spheres of society, for example: unemployment, inequality, economic development, security and others. The aim of the work is to obtain a minimum level of understanding of digital breakthrough technologies, to reveal their potential and their connection with the systemic changes caused by the industrial revolution. When considering the impact of breakthrough technologies on the implementation of the Fourth Industrial Revolution, a systematic methodology should be used. Promising tech-
nologies are considered that significantly affect the implementation of the industrial revolution. Discussion: graphical dependences of the speed of fixed communication networks in the implementation of their development concepts for the period 1960-2030 and graphical dependences of the speed of cellular mobile networks of generations 1G-6G for the period 1970-2030 are given. It is noted that the change of concepts for the development of fixed communication networks and generations of cellular mobile communication networks since 2000 are consistent in time in accordance with the "10-year rule". The evolution of technologies and services of cellular mobile and fixed-line networks is presented. In future networks, basic and composite network services are predicted. The paper briefly discusses basic network services with a list of necessary functions for the implementation of communications. Similarly, a brief analysis of composite network services and applications is presented, listing the network requirements for their implementation. In order to fully unlock the potential of innovative technologies and services of the industrial revolution, significant reforms are needed in the economic, social, political and spiritual spheres of society.
REFERENCES
1. Klaus Schwab (2016). The Fourth Industrial Revolution. Switzerland: World Economic Forum, 172 p.
2. V.V. Kachala (2017).General theory of systems and system analysis. Textbook for universities. Moscow: Goriachaia liniia -Telekom, 432 p. (In Rus)
3.Klaus Schwab (2018). Shaping the Fourth Industrial Revolution. Switzerland: World Economic Forum, 320 p.
4. A.V. Rosljakov, S.V. Vanjashin (2015). Future Networks. Samara: PGUTI, 274 p. (In Rus)
5. A.V. Rosljakov (2020). Future networks: an overview of approaches to the new telecommunications paradigm. Elektrosvjaz'. No.9, pp. 30-37. (In Rus)
6. A.V. Rosljakov (2022). NETWORK 2030: architecture, technologies, services. Moscow: Koloss-s, 324 p. (In Rus)
7. A.V. Rosljakov (2021). NETW0RK-2030": ITU-T's view on the future of fixed-line networks. Pervaja milja. No.4, pp. 50-59. (In Rus)
8. ITU-R, IMT traffic estimates for the years 2020 to 2030, Report ITU-R M. 2370-0, July 2015 (date of access 12.09. 2022).
9. Network 2030. A Blueprint of Technology, Applications and Market Drivers Towards the Year 2030 and Beyond. FG-NET-2030. Geneva, 2019.
10. ITU-T FG NET2030 Deliverable "New Services and Capabilities for Network 2030: Description, Technical Gap and Performance Target Analysis". Geneva, 2019.
11. ITU-T FG NET-2030 Technical Report "Gap Analysis of New Services, Capabilities and Use Cases for the Networks in 2030 and Beyond". Geneva, 2020.
12. The Fifth Generation Fixed Network (F5G). Bringing Fibred to Everywhere and Everything. ETSI White Paper No. 41, 2020. 24 p.
13. V.O. Tihvinskij, S.V. Terent'ev, V.A. Koval' (2019). 5G mobile communication networks: Technologies, architecture and services. Moscow: Media Pablisher. 376 p. (In Rus)
14. Wen Tong, Peiying Zhu (2021). 6G: The Next Horizon. From Connected People and Things to Connected Intelligence. Cambridge University Press, 624 p.
15. D.A. Molchanov, V.O. Begishev, K.E. Samujlov, E.A. Kucherjavyj (2022). 5G/6G networks: architecture, technologies, methods of analysis and calculation. Moscow: RUDN, 2022. 16 p. (In Rus)
16. 6G (shestoe pokolenie mobil'noj svjazi) [6G (the sixth generation of mobile communications)]. URL: https://www.tadviser.ru/ index.php (date of access 20.09.2022). (In Rus)
17. Mobile Ad-h0c Networks (manet). URL: https://datatracker.ietf.org/wg/manet/about/ (date of access 20.06.2022).
18. A.V. Rosljakov (2009). Next-generation NGN networks. Moscow: Jeko-Trendz, 424 p. (In Rus)
19. Technology Task Force for the 2030 Network. URL: https://www.itu.int/en/ITUT/focusgroups/net2030/Pages/default.asp x#/ru (date of access 20.06.2022). (In Rus)
20. ITU-T. Tactile Internet. URL: https//www.itu.int/en/ITU-T/tech-watch/Pages/tactileinternet.aspx (date of access 12.09.2022).
INFORMATION ABOUT AUTHORS:
1 Anatoliy P. Pshenichnikov, PhD, Full Professor, Professor at Moscow Technical Univesity of Communictions and Informatics, Moscow, Russia
2 Victoria I. Korotkova, postgraduate student of Moscow Technical Univesity of Communictions and Informatics, Moscow, Russia
3 Leonid S. Poskotin, postgraduate student of Moscow Technical Univesity of Communictions and Informatics, Moscow, Russia
For citation: Pshenichnikov A.P., Korotkova V.I., Poskotin L.S. Promising infocommunication technologies and network services. H&ES Reserch. 2023. Vol. 15. No. 3. P. 57-64. doi: 10.36724/2409-5419-2023-15-3-57-64 (In Rus)
