Rambler's Top100
Статьи ИКС № 12 2005
Александр ГУРГЕНИДЗЕ  01 декабря 2005

u-общество: вездесущая связность или тотальная слежка?

Создание единого информационного пространства на базе конвергенции разнородных телекоммуникационных сетей и миграции их к однородной среде пакетной коммутации в некоторых странах мира можно считать фактом свершившимся. Сегодня практически все ведущие производители переводят изготовление телефонных станций на технологию NGN, основа которой – решения Softswitch операторского класса, гарантирующие операторам голосовых услуг ощутимый выигрыш в инвестициях на модернизацию сетей и эксплуатационных издержках за счет оптимизации полосы пропускания, реструктуризации трафика и повышения однородности узлов сети.

Все это говорит о зрелости предлагаемых решений по построению сетей пакетной коммутации и коммутации оптических каналов на базе технологии xWDM. Производители телекоммуникационного оборудования говорят о том, что мы –на пороге нового витка конвергенции, который ознаменуется созданием широкополосных конвергентных сетей (Broadband convergence Network – BcN). Эти сети должны унаследовать концепцию NGN, позволившую обеспечить речевые услуги в среде пакетной коммутации без потери качества (в сравнении с каналоориентированной TDM-средой). Они должны гарантировать широкое внедрение набирающих популярность интерактивных видеоуслуг (Digital Multimedia Broadcasting – DMB, Video on Demand – VоD, Scheduling VоD, NVоD, видеоконференцсвязь и т.д.). Прогнозируется конвергенция этой универсальной транспортной среды с сенсорными сетями.

Вездесущие сенсоры

Именно появление в номенклатуре сетевых ресурсов рецепторов (сенсоров)и исполнительных механизмов, управляемых всепроникающими контроллерами и микрокомпьютерами, характеризует создание вездесущего (ubiquitous) u-общества.Эта идея была впервые озвучена в публикации «21 идея для 21-го века» (Business Week, август 1999 г.). Тогда же возникло понятие беспроводных сенсорных сетей (Wireless Sensor Networks – WSN).

Основные отличительные особенности сенсорных сетей – широкая масштабируемость, низкое потребление энергии, низкая стоимость сенсорных датчиков, их взаимозаменяемость и резервируемость. Как правило, совокупность узлов сенсорной сети, объединяющей совместно функционирующие сенсоры, существенно превышает число людей, находящихся в зоне ее покрытия. Сами датчики являются ненаблюдаемыми и необслуживаемыми объектами, вследствие чего их возможности ограничены источниками питания.

Интересно отметить самое передовое направление развития инфраструктуры сенсорных сетей – самоорганизующиеся сети (Ad hop), которые имеют случайный характер размещения и высокую вероятность уничтожения отдельных сенсоров, например датчики боевых единиц на поле боя или экологичные беспроводные, узкоспециализированные сенсоры, распыляемые над крупными лесными массивами.

Экологический мониторинг со спутников слежения не позволяет получить пространственную трехмерную картину экологической обстановки, которую «рисует »множество параметров: температура, влажность, давление, акустика, вибрации, химический состав морской воды и т.п. Современные заповедники представляют собой очень тонкий природный баланс, нарушение которого может привести к катастрофическим последствиям в бассейне Амазонки, уссурийской тайге, реликтовых лесах или иных местах со специфическим микроклиматом и редкими видами животных. Например, в уникальных лесах секвойи и красного дерева экзотический климат:70% цикла круговорота воды в природе происходит, не достигая поверхности земли, и только там водятся вымирающие представители семейства птичьих – лысый орел и коричневый пеликан.

Формально каждый сенсор состоит из трех подсистем: восприятия регистрируемых параметров, обработки оцифрованных показаний датчиков и сетевых интерфейсов. Очевидно, что отдельный сенсор ограничен размерами области восприятия, вычислительной мощностью, памятью и питанием. Поэтому в системах диспетчеризации и автоматизированных комплексах жизнеобеспечения зданий используются специальные контроллеры, взявшие на себя первичный сбор показаний датчиков, их обработку и анализ для выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы. Для работы таких систем используются структурированные кабельные системы зданий, что позволяет строить сети в концепции «клиент – сервер».

Ограничения по процессингу и энергопотреблению диктуют специфические алгоритмы функционирования сенсоров, сочетающие активные состояния сенсора (прием, передача, ждущий режим) с пассивным, «спящим», режимом, который снижает (но не сводит к нулю) расход энергоресурсов.

На рынке уже сегодня представлен широкий спектр интеллектуальных зданий с интегрированной системой диспетчеризации, объединяющей множество систем жизнеобеспечения: водо/электроснабжения, отопления, пожарной сигнализации, видеонаблюдения и контроля доступа, вентиляции, управления аудио/видеопотоками в элитных апартаментах и т.д. Интеграция разных систем в едином центре управления позволяет достичь высокой гибкости управления зданием и реализации сложных, контекстуально связанных алгоритмов функционирования комплекса, повышающих качество жизни и минимизирующих долю рутинного ручного труда.

Развитие службы консьержей в элитных и спальных районах мегаполисов послужило толчком к созданию городской сети видеонаблюдения и контроля правопорядка, которая является неотъемлемой частью программы «Антитеррор» и концепции «Безопасный город». Только в Москве в такую сеть объединено более 1000 видеокамер: в подъездах домов (обслуживаются консьержами и совмещены с тревожной кнопкой), в криминогенных местах (обслуживаются дежурной частью отделения милиции), на перекрестках с оживленным транспортным потоком и постах ГИБДД. Штрафы за превышение скорости на МКАД выписываются автоматически (вместе с фотографией автомобиля!) в момент фиксации нарушения. Система «Поток» позволяет в случае выявления нарушения скоростного режима зафиксировать и идентифицировать государственный номер автомашины, по которому в базе данных ГИБДД автоматически устанавливается район регистрации, владелец и его местожительство (с привлечением информации паспортно-визовой службы).

Разработкой собственных программ подобного типа в интересах МВД занимаются в Санкт-Петербурге (пилотные сети работают в Петроградском и Московском районах), а также в Казани, Перми, Екатеринбурге и других городах России.

Камеры web-вещания, установленные на перекрестках Лондона, непрерывно транслируют в Интернет информацию о транспортной обстановке. Эти видеопотоки доступны для любого терминала, включая мобильные устройства передачи данных транспортных средств. В сочетании с системой глобального позиционирования GPS, определения местоположения (с отображением на цифровой карте) они позволяют водителю своевременно оптимизировать маршрут движения.

Например, в бортовой системе мониторинга и управления современной модели BMW имеется 256 контроллеров. Бортовой компьютер позволяет вести диагностику износа узлов и деталей автомобиля в реальном масштабе времени. Сочетание этой функции с возможностями терминала мобильной передачи данных и GPS-системы позволит сервисному центру не только дистанционно (без заезда автомобиля на станцию диагностики)зарегистрировать деградацию ходовых качеств и функционирования отдельных узлов машины, запланировать регламентные работы в удобное для клиента время, но и оперативно зафиксировать факт попадания автомобиля в ДТП, выслать аварийную бригаду и, если потребуется, оказать пострадавшим медицинскую помощь.

Сенсорная мобильность

Безусловно, развитие систем широкополосного радиодоступа придало ему новое качество – квази - или даже реальную мобильность сенсорных сетей. Появились новые области их применения: экология, медицина, биология, военные роботизированные системы и т.п.

Интересны работы в области сенсорных самоорганизующихся сетей типа Ad hop. Идея появилась в 500-х годах н.э.в Персии, Греции и Риме (что обеспечило доставку информации в 25 раз быстрее, чем любые другие методы того времени)и заключалась в передаче сигналов с помощью барабанов (Африка), труб и горнов (Европа)или костров (Северная Америка). А предпосылки к формированию таких сетей беспроводного доступа возникли в 1970 г., с появлением проекта Н.Абрахамсона ALOHAnet. Наиболее близка к этой теоретической модели сеть стандарта Bluetooth.

Самоорганизующиеся сети, объединяющие большое количество беспроводных равноправных узлов сети (отдельных датчиков), могут обладать высокой отказоустойчивостью, готовностью к работе и точностью доставки информации. Однако у беспроводных датчиков целый набор недостатков: в силу компактности, малого энергопотребления, а также применения всенаправленной антенны бюджет радиолинии (энергетический баланс в канале и отношение сигнал/шум) крайне ограничен, что влечет за собой высокую вероятность ошибки. Канал легко прослушать и осуществить сетевую атаку (например, Denial of Service –DoS). Более того, ограничение по источнику питания (замена которого зачастую невозможна, а ресурс ограничен) жестко лимитирует время жизни сенсора. Даже солнечные батареи с невысоким КПД не решают проблему автономии. В довершение всего датчик может быть физически изъят из сети злоумышленником или в силу объективных причин (повреждение, выход из строя источника питания, переотражение радиосигнала, создание сложной интерференционной картины).

При проведении спасательных операций во время военных действий или при чрезвычайных ситуациях инсталляция фиксированных сетей связи крайне затруднительна (как мы это наблюдали во время восстановительных работ в Лос-Анджелесе при ликвидации последствий урагана или наводнения в Таиланде). А самоорганизующаяся сеть сможет мгновенно предоставить рабочую сеть передачи данных. Однако это направление развития сенсорных сетей еще очень молодо и до коммерческого использования пока далеко.

Летом этого года в Корее был продемонстрирован прототип беспроводной сенсорной сети типа BAN (Body Area Network) с зоной покрытия радиусом 1 м. Предназначенная для мониторинга биопараметров человека, она объединяла пять сенсоров со следующими функциями:
  • контроль индивидуальных биопараметрических данных (Badge Type Computer), которые являются практически универсальным паспортом человека (UID of the Network Homo Sapiens);
  • контроль медицинских показателей на основе пульсодиагностики;
  • контроль направления движения, что важно для локализации наблюдаемого объекта (дистанционный мониторинг пациента, например, с заболеванием сердца, осуществляемый из медицинского центра, позволяет оказать своевременную помощь в случае приступа даже в безлюдном месте);
  • сенсорный доступ в помещения, разграничение доступа к сетевым ресурсам и т.п.
Включение такой сети в любой терминал мобильной связи и беспроводного абонентского доступа позволяет человеку приобрести новое качество – расширенную мобильность.

Хочу сразу пресечь страхи по поводу прихода «матрицы» или тотальной слежки за всеми людьми на земном шаре. Всё это несбыточные мечты параноиков. Судите сами, даже элементарная перепись населения – задача крайне непростая и дорогостоящая, а уж создание универсальной сети мобильного радиодоступа со 100%-ным покрытием поверхности земного шара или хотя бы территории отдельно взятой страны (такой, как Россия) – и вовсе абсолютная утопия.

Новый виток конвергенции сулит совершенно иные нагрузки в инфокоммуникационной инфраструктуре. Интеграция с сенсорными сетями, прежде всего с системами видеонаблюдения и выявления нештатных ситуаций, создающих угрозу охране правопорядка и жизни людей, потребует создания многоуровневой среды обработки и доставки информации от различных подсистем и датчиков. Видеопотоки, порождаемые тысячами и даже миллионами видеокамер, без промежуточных алгоритмов детекции и распознавания нештатных ситуаций могут загрузить сети с любой пропускной способностью.

***


Как видим, горизонты возможностей, открывающиеся с развитием BcN, жестко соотнесены с разработкой сетевого и информационного программного обеспечения, с нарастанием доли инфокоммуникационных технологий в ВВП всех стран-участниц мирового производственного процесса. Информатизация общества неизбежна, и главная составляющая этого процесса – формирование универсальной среды доставки информации любому адресату в любую точку земного шара.

Области применения сенсорных сетей широки и разнообразны:
  • Технологические задачи (например, мониторинг транспортных магистралей нефте- и газопроводов, железных дорог и метрополитена, инженерных сетей энерго- и теплоснабжения и т.п.).
  • Экологический мониторинг.
  • Задачи урбанистики (контроль и анализ транспортных грузопотоков, реализация концепции «Безопасный город», автоматизация систем жизнеобеспечения зданий и кампусов на основе систем диспетчеризации и т.п.).
  • Антитеррористическая деятельность.
  • Выявление, предупреждение и устранение последствий чрезвычайных ситуаций (мониторинг сейсмической активности и вулканической деятельности, анализ атмосферы и прогноз погоды для своевременного предупреждения о наступлении стихийных бедствий).
  • Военные приложения (в США разрабатывается концепция подвижных роботизированных интеллектуальных платформ).
  • Биологический и медицинский мониторинги.


***


Свойства самоорганизующихся Ad hop-сетей
  • Отсутствие жесткой топологии.
  • Беспроводная среда доставки.
  • Многошаговость маршрутизации.
  • Динамически разделяемый канал (без гарантий качества доставки).
  • Технология коммутации пакетов.
  • Сложный подуровень MAC-адресации.
  • Высокая вероятность разрыва.
  • Низкая стоимость.
  • Мгновенная инсталляция.
  • Автоматическое сопровождение сети самой сетью.
  • Интеллектуальные сетевые терминалы.

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!