Rambler's Top100
 
Блоги Сергей ЗАКУРДАЕВ

Особенности реализации четвертой технологической революции в России

  18 июля 2017 Страница персоны

 

 

И последние станут первыми…

Евангелие от Матфея (20, 16)

 

Известно, что от уровня развития отрасли связи во многом зависит уровень развития каждой страны и ее безопасность.

Россия в XX веке была вынуждена выбрать стратегию «догоняющей» модернизации в области телефонной связи, предполагающей закупку или копирования импортного оборудования, что, в свою очередь, означает хроническое отставание.

Тем не менее в связи с громадными географическими размерами России в конце XX века все еще оставались тысячи населенных пунктов, не имеющих телефонной связи.

В настоящее время развитие каждой страны определяется ее возможностями осуществления четвертой технологической революции.

При этом возникает проблема создания наряду с уже существующим интернетом людей нового интернета вещей, все объекты которого (ПК и другие технические устройства -- датчики) находятся в едином информационном пространстве.

Как известно, протокол IPv4 ввиду исчерпания свободных адресов уже давно дополнен протоколом IPv6, имеющим 128-разрядный IP-адрес.

Для всех стран, внедряющих интернет вещей, использование протокола IPv6 является обязательным и неоспоримым условием.

Модернизация интернета, связанная с внесением протокола IPv6 как в ПО маршрутизаторов, так и в ПО пользовательских ПК, представляет собой длительный и дорогой процесс, и поэтому оправданы попытки найти новое (инновационное) решение.

Полезно вернуться к истории создания глобальных компьютерных сетей.

В 1961 г. Л. Клейнроком была предложена технология передачи данных с помощью пакетов -- протокольных блоков данных (PDU), в которых указывались как адрес назначения, так и адрес отправителя.

Для обеспечения надежной передачи данных от отправителя к получателю организуется сеть радиально-узловой ячеистой структуры (mesh-топология), в которой при выходе из строя линии связи или узла коммутации может быть использован обходной маршрут.

К этому времени широкое распространение получили системы передачи данных от терминалов к ЭВМ с помощью кадров (frame), в которых указывался только адрес назначения.

Поэтому ввиду громадных средств, вложенных в аппаратно-программные средства передачи данных было принято простое решение -- инкапсулировать пакет в информационное поле кадра.

Это решение стало стандартом де-факто и в дальнейшем было определено как 2-й и 3-й уровни семиуровневой модели OSI/ISO.

В это же время для организации работы в локальных сетях (LAN) был предложен протокол Ethernet, в котором использовался 48-разрядный МАС-адрес, позволяющий создать единое информационное пространство для многих десятков триллионов объектов (ПК и других технических устройств), что удовлетворяет необходимым требованиям для внедрения интернета вещей.

Протокол Ethernet (стандарт ISO 8802.3) разрабатывался с чистого листа и поэтому специалистам IEEE никто не помешал объединить 2-й и 3-й уровни модели OSI/ISO путем обрамления пакета «преамбулой» и «концевиком».

«Преамбула» представляла собой последовательность «флагов», служивших для синхронизации передатчика и приемника, а «концевик» -- циклическую контрольную сумму (ЦКС), предназначенную для проверки правильности передачи.

 

 

 

 

 

Пр.

АН

АО

Упр.

Инф.

ЦКС

 

При этом передача кадра и коммутация пакета производятся на 2-м (физическом) уровне, поэтому коммутация в узлах сети может быть реализовано аппаратным способом (в темпе приема).

Главный недостаток протокола Ethernet -- коллизии (непременные события при случайном доступе) -- были исключены путем создания коммутируемых сетей. В этих сетях осуществляется полноценная связь между ПК с использованием всего стека протоколов, в том числе LLC (управление логическим каналом), в котором обеспечивается выполнение транспортных функций:

  • передача с установлением соединения;
  • без установления соединения;
  • без установления соединения, но с квитированием.

Таким образом, можно констатировать, что протокол Ethernet является более перспективным для реализации интернета вещей, чем уже морально устаревший стек протоколов TCP/IP.

К сожалению, компания Cisco не стала реализовывать уникальные возможности протокола Ethernet, а ввиду отсутствия в ПО ПК третьего уровня модели OSI/ISO ввела в ПО ПК стек протоколов TCP/IP, сделав, таким образом Ethernet простым придатком сети интернет -- сетью доступа.

В России уже давно начаты и до сих пор продолжаются работы по использованию протокола Ethernet для реализации нового вида связи -- компьютерной мультисервисной связи:

1. В 1993 г. в докладе «Реализация новой парадигмы компьютерных коммуникаций -- ключ к эффективной информатизации общества», было показано, что в перспективе технология ретрансляции кадров Ethernet придет на смену технологии коммутации IP-пакетов.

2. В 1996 г. в статье «Новый вид связи»] было отмечено, что персональные компьютеры, обладающие мультимедийными функциями, т.е. способностью обеспечить прием, обработку и передачу данных, аудио- и видеоинформации, станут новыми мультисервисными устройствами связи -- triple play PC.

3. В 1999 г. была разработана систем «коммутирующих мультиплексоров», не имеющих мировых аналогов и позволяющих создавать масштабирующие локальные мультисервисные системы связи (ЛМСС) на 10/100/1000 абонентов (ПК) с выбором скоростей передачи 1/10/100/Мбит/с.

4. В 2001 г. была разработана «Радиосеть Ethernet», которая позволяет связать стационарные ПК в локальной сети по протоколу 8802.3 (Wi-Fix).

В ЛМСС будет реализована технология ретрансляции кадров Ethernet (Ethernet Frame Relay), в которой один и тот же протокольный блок данных (PDU) используется как для передачи данных, так и для адресации ПК (48-разрядный МАС-адрес) и коммутации в узлах сети.

ЛМСС будут построены по схеме «клиент -- сервер», в которой в качестве клиентов смогут быть использованы «тонкие клиенты» -- одноплатные бездисковые ПК российского производства со свободным ПО, что позволит исключить многомиллиардный импорт зарубежных ПК.

ЛМСС будут построены с помощью коммутирующих мультиплексоров (SwipleX -- SX), которые реализуются чисто аппаратно по типовой схеме на основе ПЛИС (интегральных схем с программируемой логикой).

В каждом из коммутирующих мультиплексоров создаются два канала: «восходящий» (к серверу) и «нисходящий» (от сервера).

В «восходящем» канале в буферном ЗУ (емкостью 32 К), разбитом на 10 фиксированных областей по 3,2 К каждая, обеспечивается предварительная параллельная буферизация поступающих кадров Ethernet от 10 входящих каналов со скоростью СМбит/с (С =1/10/100), а в дальнейшем -- их передача в выходной канал со скоростью 10 СМбит/с по принципу «первым пришел -- первым вышел».

В связи с равенством суммарной скорости входящего потока и скорости выходящего потока переполнение буферного ЗУ исключено.

В «нисходящем» канале кадр Ethernet, поступающий со скоростью 10 СМбит/с, по результатам анализа соответствующей тетрады (1-й -- для SX1, 2-й -- для SX2 и 3-й -- для SX3) направляется для буферизации в область буферного ЗУ емкостью 3,2К, соответствующую одному из 10 каналов назначения, после чего принятый кадр передается со скоростью СМбит/с.

Поскольку нисходящий поток передается под управлением сервера по единственному каналу, переполнение буферного ЗУ исключено.

Сервер будет обеспечивать безопасный (на основе отечественных средств криптозащиты) широкополосный доступ в интернет, а также видеосвязь (по протоколу SIP) как внутри ЛМСС, так и в глобальном масштабе, а так же телефонную связь в глобальном масштабе по технологии VoIP. При этом отпадет необходимость в учрежденческих АТС (УАТС).

Технология NAT (Network Address Translation) позволяет всем МАС-адресам ЛМСС использовать только один адрес IPv4 сервера для доступа в интернет, что исключит исчерпание свободных адресов IPv4, не позволяющее организовать подключение новых устройств. Необходимо отметить, что 90% информационных ресурсов интернета доступны только по протоколу IPv4.

ЛМСС, создаваемые сначала в России, а затем и по всему миру (школах, университетах и других учреждениях, а так же в домовом секторе), через интернет (по технологии NAT) смогут быть объединены в ГМСС, которая и станет основой глобального информационного общества (ГИО), и все ПК, а также и другие технические устройства («вещи») во всех ЛМСС будут находиться в едином информационном пространстве на основе 48-разрядного МАС-адреса протокола Ethernet. Число этих объектов может превысить 4 трлн.

В этих условиях реализовывать интернет вещей (IoT) в городах путем использования удаленной радиосвязи для управления вышеупомянутыми техническими устройствами (LoRa, «Стриж») дорого и неоправданно. Более целесообразно при каждой АТС создавать локальные мультисервисные системы связи, позволяющие обеспечить для каждой квартиры подключение к интернету ПК и телевизоров и дополнительно -- подключение различных датчиков к сети управляющей компании ЖКХ, а также датчиков охранной и пожарной сигнализации к отделению милиции и пожарной части соответственно.

К сожалению, поиск пути инновационного развития связи не входит в стратегию развития Минкомсвязи, которая ориентирована на внедрение передовых (по мнению Минкомсвязи) западных технологий.

Это касается, прежде всего, технологии LoRaWAN, которая считается эталоном для внедрения интернета вещей.

На самом деле ввиду того, что LoRaWAN реализована по схеме «клиент -- сервер» и ее структура -- «звезда из звезд», в которой используются только прямые каналы, использование стека протоколов TCP/IP (как было показано выше) избыточно и совершенно неоправданно.

Тем не менее 100%-ное покрытие территории Иннополиса (Татарстан) технологией LoRaWAN является предметом гордости Министра Никифорова, который стоял у истоков создания Иннополиса.

А у России все еще остается возможность начать первой в мире работы по внедрению нового вида связи, как это было показано выше. 

Поделиться:

Оставить свой комментарий:

Для комментирования необходимо авторизоваться!

Комментарии по материалу

Данный материал еще не комментировался.