Современные проблемы науки в области инфокоммуникаций

Сети связи и общество

История развития сетей связи

1929 год – первая АТС в г. Ростов-на

Районированные сети

1933 год – Ленинград, 4АТС
Районированная сеть

Архитектура сети. Иерархическая сеть ССОП.

Модели телефонных сетей

Сеть – гомогенная, один вид трафика – телефонный.

Формула Эрланга

А.К.Эрланг, 1909г.
Пуассоновский поток вызовов
Экспоненциально распределенная длительность обслуживания

Формула Эрланга (2)

Пуассоновский поток (простейший):
Одинарный поток (в каждый момент времени

Формула Эрланга (3)

Классификация Кендалла-Башарина:
M/M/V
Пуассоновский поток:
Параметр Херста

Потери по формуле Эрланга

Конвергенция как концептуальное направление развития телекоммуникаций

1995 год – комбинированная система коммутации

Конвергенция

Латинское convergo – сближение, приближение
Взаимопроникновение, совместное использование ресурсов

Архитектура NGN

Самоподобные процессы

Гетерогенные сети: речь+данные+видео
Параметр Херста:
0.5

Прогнозы развития сетей связи

7 триллионов Интернет вещей к 2017-2020

Интернет Будущего
IoT – Internet of Things – Интернет Вещей
IoP

Интернет людей
Интернет для повседневной жизни людей, организаций, обществ и т.д.

Интернет энергии
Интернет энергии предназначен для создания системы управления энергетическими ресурсами

Интернет Медиа

Интернет Медиа должен обеспечить человека видео в формате

Интернет Услуг
Интернет Услуг – Web услуги уровня 3.0 и выше.

6

Интернет Вещей (МСЭ-Т, Y.2060)

Интернет вещей – в долгосрочной перспективе Интернет

Сеть связи будущего
Сеть связи будущего строится на основе всех

Определения (Y.2060)

Вещи:
Объекты физического мира (физические вещи) или информационного мира

Идеология Интернета вещей (Y.2060)

10

Изменение характера сети
Численное:
Миллиардная – Триллионная
Структурное:
Инфраструктурная

Число сообщений в Интернете Вещей
От 1000 до 10000 на

Сравнение с другими технологиями
Современные мобильные сети – 3.3 вызова по

US National Intelligence Council
List of Six “Disruptive Civil Technologies” with

Six Disruptive Civil technologies

Biogerontechnology
Energy Storage Materials
Biofuels and Bio-Based Chemicals
Clean Coal Technologies

Фундаментальные характеристики ИВ (1)

1. Связность.
Любая вещь должна иметь возможность

Фундаментальные характеристики ИВ (2)

3. Гетерогенность.
Устройства ИВ могут быть гетерогенными,

Фундаментальные характеристики ИВ (3)

4. Динамические изменения .
Статус вещей может

Самоорганизующейся называется сеть, в которой число узлов является случайной величиной во

Архитектура самоорганизующейся сети

ССОП

Mesh

Ad Hoc

Дочерние
узлы

Родительские
узлы

Шлюзы

Примеры приложений самоорганизующихся сетей

Беспроводные сенсорные сети(USN – Ubiquitous Sensor Network).
Сети для

Сенсоры

21 ideas for the 21st century
(Business Week, August 30, 1999).
Беспроводные сенсорные

История развития направления

u-Korea, февраль 2005 года ICACT’2005
u-Россия, 21 апреля 2005 года,

Всепроникающие сенсорные сети

Архитектура сенсорной сети

Особенности сенсорных сетей

Очень большое число узлов сети (больше 64000 в одной

Модели для сенсорных сетей

A.Koucheryavy, A.Prokopiev. USN Traffic Models for Telemetry Applications.

Алгоритмы выбора головного узла

Основные показатели:
- длительность жизненного цикла,

Изменение показателей качества

Кластеризация

Методы:
Формального элемента (FOREL)
K-средних
Используются в сотовых сетях подвижной связи
Выбор головного узла

Кластерная организация сети

DT (Direct Transmission)

DT после 180 временных раундов

Кластеризация (LEACH)

Кластеризация (LEACH)

TEEN (Threshold-sensitive Energy Efficient Protocols)

Жесткий порог(Hard Threshold): Узел передает информацию головному

Сравнение алгоритмов

Гетерогенные сети

Сравнение жизненного цикла

Сравнение остаточной энергии

Алгоритмы выбора головного узла
1. Равновероятный.
2. LEACH (Low Energy Adaptive

Биоподобные алгоритмы

Эффект роевого интеллекта:
- маршрутизация в мобильных сетях (G.D.Caro,

Алгоритмы с использованием нечеткой логики
1. I.Gupta, D.Riordan, S.Sampali. Cluster-head Election

Социоподобные алгоритмы

S.M.Hosseinirad, S.K.Basu. Imperialist Approach to Cluster Head Selection in

Летающие сенсорные сети

Летающие сенсорные сети (2)

Временные головные узлы. Модель сети (1).

Пуассоновское сенсорное поле полностью расположено в

Временные головные узлы. Модель сети (2).

Через сенсорное поле 1 раз в

Изменение вероятности доступности временного мобильного головного узла от времени для разных

5G

Сети сверхвысокой плотности
Предшественники – кооперативные сети в рамках 4G

Гетерогенная зона LTE

LTE

USN

MBAN

USN

VANET

USN

VANET

Кооперативные сети (1)

Установка дополнительных ретрансляторов, так называемых узлов коммутации Relay

Кооперативные сети (2)

Использование в качестве шлюзов сенсорной сети технических средств,

Кооперативные сети (3)

Использование терминалов, находящихся более близко к базовой стации

D2D- коммуникации

Прямая D2D-коммуникация

Взаимодействие источника и потребителя через устройства ретрансляции

Прямая D2D-коммуникация по типу DC-DC

Приложения Интернета Вещей

Интернет Вещей = физические вещи + вещи информационного мира
Физические

M2M сети

J.-B. Waldner “Nanocomputers and Swarm Intelligence”
K.-C. Chen, S.-Y. Lien. Machine-to-Machine

Трафик в M2M

Взаимозависимая реакция на события.
Антиперсистентный трафик:
0 Требуется

M2M (оценки плотности)

Плотность жителей на 1кв.км (можно найти предполагаемую плотность

LTE и M2M

Моделирование:
30000 на базовую станцию (3GPP, WG2, October

M2M системы для пользователей

Deutsche Telecom
- QIVICON
Основные проблемы:
-

Экономичная LTE

WiFi, ZigBee

WiFi: Ггб/с, ZigBee: 250 кб/с
< 5 $
Нелицензируемый спектр
Топология:

Сети LLN

Low-Power and Lossy Networks (LLN)
Стандарт IEEE 802.11 ah:

Стандартизация E-Health (1)

CEN/TC 251 – European Committee for Standardization (CEN), Technical

Стандартизация E-Health (2)
6. HL7 - Health Level 7.
7. ISO/TC215 – International

CEN/TC251

Информатика здоровья.
Примеры стандартов:
Ресурсы клинических знаний – метаданные.
Процедуры управления для WEB

Continue Health Alliance

Cisco, IBM, GE Healthcare, Intel и т.д.

epSOS

23 Европейских страны, IBM, Oracle, Microsoft и т.д.
e-здоровье без

GS1 Healthcare

Глобальные стандарты для поддержки компаний, занимающихся e-здоровьем, с целью

DICOM

Разработка стандартов файлов для медицинских изображений, протоколов записи медицинской

HL7

Технологические компании, провайдеры e-здоровья, фармацевтические фирмы. Очень крупная и эффективная

ISO/TC215
TC215 – Информатика здоровья.
Основная задача – обеспечение совместимости между

ISO/IEEE 11073
Стандарты связи для медицинских устройств.
Совместимость медицинских устройств.

ITU-T
Фокус группа по M2M, основная задача в настоящее время

Текущие задачи фокус группы M2M.
Разработка проекта рекомендации “Экосистемы, поддерживаемые M2M:

Терминология

e-health (e-здоровье) – общее (umbrella) понятие, определяющее область взаимодействия здоровья,

Система e-здоровья

Экосистема e-здоровья (верхний уровень)

Экосистема e-здоровья на базе M2M

Стандарты для сетей
Body Area Network (BAN) – нательные сети,
IEEE

Интерфейсы сети для передачи данных о здоровье (ISO/IEEE 11073)

1. ISO/IEEE

Требования по качеству обслуживания (ITU-T, Focus Group M2M)

Характеристики QoS –

Параметры качества обслуживания

ITU-T Draft Recommendation. M2M enabled ecosystems: e-health.

Задержки в 3G (HSPA), LTE

3G
Rel 99 – 68 мс

Сети с малыми и сверхмалыми задержками

10 узлов, скорость передачи для 2-9

Задержки для участка 10 Гбит

Задержки для сети доступа (4Мбит/с)

Сети доступа в сетях с малыми и сверхмалыми задержками
Сети доступа

Новые технологии для построения Гигабитных сетей доступа (1)

(Y.Koucheryavy. Wireless Technologies for

Новые технологии для построения Гигабитных сетей доступа (2)
IEEE 802.11 ac –

Гигабитные сети и LLN

Развитие технологий телекоммуникаций приводит к появлению новых

Сетевая безопасность
UNI - UNI

Особенности угроз в сенсорной сети
Клонирование.
Атаки на энергетическую систему (например, лишение сна

Создание потоков ложных событий

Влияние мобильности сенсорных узлов на время жизни сенсорной сети

Интернет нановещей

Наносеть является самоорганизующейся сетью, в которой в качестве узлов сети

Наносети

WNSN

Молекулярные

Электромагнитные

Электромагнитные наносети

Фундаментальные изменения:
Наноантенна
Наноприемопередатчик (нанотрансивер)
Аналитические модели каналов, сетевой архитектуры и протоколов

Физический и канальный уровни

ТГц
Импульсная передача
Новые протоколы для импульсной передачи

Наноантенны

Размер: до нескольких сотен нанометров
Материал: графен
Достижения: Графеновая антенна длиной 1мкм. Диапазон

Перспекивные исследования по электромагнитным наносетям (1)

Терагерцовый диапазон:
Шумы молекул, потери для различных

Перспективные исследования по электромагнитным наносетям (2)

Новые виды модуляции на уровне фемтосекунд
Новые

Молекулярные наносети

Тело человека, животного
продукты (нм – мкм)
Средние расстояния
(мкм – мм)

Феромоны

Релизеры – запускают определенную поведенческую реакцию
Праймеры – изменяют физиологическое состояние особи
Расстояние:

Бактериальные проводные и беспроводные наносети

Примером проводной связи для бактерий является передача