Rodzaje dostępu do sieci Internet

Technologia xDSL

Różnorakie technologie cyfrowych przekazów xDSL (Digital Subscriber Line), w tym również asymetrycznych typu ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), wiążą się ze wzrastającym zapotrzebowaniem na szerokopasmowe usługi abonenckie, takie jak: multimedia, szybki dostęp do Internetu oraz przekaz obrazów wideo o wysokiej jakości, z wykorzystaniem istniejących dwuprzewodowych linii telefonicznych bezpośrednio w otoczeniu abonenta. Wspólną ich cechą jest asymetria przepływności w obydwu kierunkach przenoszenia, którą zapewniają końcowe urządzenia komunikacyjne - nazywane również modemami DSL.

Technologia asymetrycznego dostępu abonenckiego xDSL zapewnia szeroki zakres zmian szybkości informacji w kierunku abonenta: od 16 kb/s do 8 Mb/s. Ta najnowsza, szerokopasmowa technologia przekazu cyfrowego przez zwykłą linię telefoniczną jest konkurencyjna w odniesieniu zarówno do abonenckich przekazów cyfrowych ISDN, jak również hybrydowych - opartych na kablu współosiowym i światłowodowym.

Technologia WLAN, WIFI

Wi-Fi – potoczne określenie zestawu standardów stworzonych do budowy bezprzewodowych sieci komputerowych. Szczególnym zastosowaniem Wi-Fi jest budowanie sieci lokalnych (LAN) opartych na komunikacji radiowej czyli WLAN. Zasięg od kilku metrów do kilku kilometrów i przepustowości sięgającej 300 Mb/s, transmisja na dwóch kanałach jednocześnie.

Wi-Fi bazuje na takich protokołach warstwy fizycznej, jak: DSSS (ang. Direct Sequence Spread Spectrum), FHSS (ang. Frequency Hopping Spread Spectrum), OFDM (ang. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). Sieć Wi-Fi działa w paśmie częstotliwości od 2400 do 2485 MHz (2,4 GHz) lub 4915 do 5825 MHz (5 GHz).

Główne standardy w sieciach bezprzewodowych:

• 802.11a – do 54 Mb/s częstotliwość 5 GHz;
• 802.11b – 11 Mb/s częstotliwość 2,4 GHz posiada zasięg ok. 30 m w pomieszczeniu i 120 m w otwartej przestrzeni; w praktyce można osiągnąć transfery rzędu 5,5 Mb/s. Materiały takie jak woda, metal, czy beton obniżają znacznie jakość sygnału; 802.11b podzielony jest na 14 kanałów o szerokości 22 MHz które częściowo się pokrywają, Polska wykorzystuje tylko pasma od 2400 do 2483,5 MHz – kanał od 1 do 13;
• 802.11g – 54 Mb/s częstotliwość 2,4 GHz, obecnie najpopularniejszy standard Wi-Fi, który powstał w czerwcu 2003 roku, w praktyce osiągalne są transfery do 20-22Mbit/s przy transmisji w jedną stronę, wykorzystanie starszych urządzeń w tym standardzie powoduje zmniejszenie prędkości do 11 Mb/s, jest bardziej podatna na zakłócanie i wymaga silniejszego i stabilniejszego sygnału niż 802.11b;
• 802.11n – 300 Mb/s częstotliwość 5GHz oraz 150Mb/s w częstotliwości 2,4 GHz, standard, który został wprowadzony na rynek w 2007 roku jako "draft", choć urządzenia "pre-N" pojawiały się już od 2002 roku. W dniu 4.09.2009 "draft-N" został ratyfikowany jako standard, w praktyce osiągalne są transfery rzędu 150Mbit/s w jedną stronę, jednak wymaga on bardzo silnego i stabilnego sygnału do działania.
• 802.11ac – do 1 Gb/s, zaprezentowany w 2012 roku.

Technologia światłowodowa (Fiber)

Najnowszą propozycją światowych koncernów telekomunikacyjnych są światłowodowe systemy abonenckie, umożliwiające wspólną realizację różnorodnych usług telekomunikacyjnych i telewizyjnych. Do tego typu systemów należy system znany pod nazwą FITL, czyli Fiber In The Loop (tłum. światłowód w pętli abonenckiej).

FITL (Fiber In The Loop) - światłowodowy system sieci abonenckiej

FITL umożliwia budowę wspólnej sieci dla obsługi abonentów telefonicznych i telewizyjnych z ograniczeniem lub całkowitym wyeliminowaniem stosowanych do tej pory kabli miedzianych. Systemy FITL wychodzą naprzeciw stale rosnącym wymaganiom stawianym operatorom publicznych sieci telekomunikacyjnych. Oprócz zapewnienia podstawowych usług telekomunikacyjnych, takich jak łączność telefoniczna, coraz więcej mówi się o możliwości świadczenia usług wykraczających poza podstawowy zakres, takich jak usługi multimedialne: wideo na żądanie, wideokonferencje, wideotelefon, szybki dostęp do sieci internet, elektroniczne zakupy i tym podobne. System FITL w szerokim zakresie wykorzystuje technikę światłowodową, uznaną i sprawdzoną w kablowych liniach teletransmisyjnych. Zakłada ona stosowanie nośników optycznych głównie w magistralnej oraz rozdzielczej części klasycznej sieci dostępowej.

Technologia satelitarna (DVB-S)

DVB-S jest jedną z najpopularniejszych obecnie metod satelitarnego dostępu do Internetu. Jak każde łącze, DVB-S ma swoje zalety oraz wady wynikające bezpośrednio z konstrukcji fizycznej oraz praw, które nią rządzą. Do największych zalet zaliczyć można:

Globalny zasięg - technologia ta przy zastosowaniu odpowiednich konstelacji rozmieszczenia satelitów na orbitach (rozetowe, biegunowe) jest w stanie zapewnić praktycznie globalny zasięg łącznie z obszarami o dużych szerokościach geograficznych (bieguny Ziemi). Niestety w chwili obecnej do zastosowań komercyjnych wykorzystuje się orbitę geostacjonarną, która zapewnia dostęp w obszarach o umiarkowanych szerokościach geograficznych (Europa itd.).

Elastyczność - oczywistym jest, że technika polega na bezprzewodowej transmisji radiowej w konsekwencji czego klient uniezależniony jest od wszelkiego rodzaju kabli łączących go z operatorem. W efekcie umożliwia to zastosowanie przenośnych (pracujących bez ruchu ale z możliwością przenoszenia) oraz mobilnych (z możliwością pracy w ruchu) terminali dostępowych co warunkuje elastyczność poprzez dopasowanie systemu do potrzeb klientów.

Istnieje kilka problemów związanych z tego rodzaju dostępem. Przede wszystkim operator musi zagwarantować stały dostęp do swojej sieci (ciągły dostęp do usług oraz ciągłość świadczenia danej usługi). Zobowiązany jest także do zapewnienia odpowiedniej jakości świadczonych usług (QoS) oraz stałej kontroli tego parametru. Niespełnienie tych warunków spowodować może, że dzisiejszy klient z dużymi wymaganiami (np. bank) będzie zmuszony skorzystać z usług innego operatora. Kolejnym problemem jest maksymalna moc wypromieniowana przez układ nadawczo-odbiorczy (EIRP), która jest ściśle określona przez urzędy regulacji telekomunikacji na terenie danego państwa. Pozostałe dość ważne aspekty to odpowiednia pojemność systemu oraz zapewnienie niezbędnych szerokości pasm w odpowiednich zakresach częstotliwości.

Niezwykle ważną cechą systemu teleinformatycznego są małe opóźnienia w transmisji. Jak już wspomniano wcześniej, sama konstrukcja łącza (dokładnie odległość satelity od Ziemi) wprowadza pewne ograniczenia związane z szybkością propagacji fali elektromagnetycznej w wolnej przestrzeni. Na rysunku poniżej przedstawiono możliwe orbity, na jakich mogą znajdować się satelity. Zgodnie z logiką najmniejsze opóźnienia transmisji wystąpią w przypadku jednostek umieszczonych najbliżej Ziemi. Teoretyczne opóźnienia transmisji do poszczególnych orbit wynoszą:

• - LEO (Low Earth Orbit) - od 2 do 50ms
• - MEO (Medium Earth Orbit) - od 30 do 70ms
• - GSO (GeoStationary Orbit) - około 120ms
• - HEO (High Eliptical Orbit) - wartość nieokreślona, zbyt duże zmiany odległości od Ziemi w funkcji czasu.

Satelitarne systemy dostępowe pracują zazwyczaj w dwóch pasmach częstotliwości: Ku (10-18GHz) oraz Ka (18-31GHz). Pasmo Ka podzielono na dwa podpasma: dedykowane dla łącza "w dół" (satelita - terminal) - 19.7-21.2 GHz oraz dla łącza "w górę" (terminal-satelita) - 29.5-31 GHz. W planach jest również wykorzystanie tzw. pasma V (40-75GHz) w łączności przez satelitę. Wielodostęp do systemu realizowany jest w technologii MF-TDMA (Multi Freqency Time Division Multiple Access), polegającej na wydzieleniu konkretnych szczelin czasowych dla użytkownika w danym (jednym z wielu) paśmie częstotliwości (3 wymiary transmisji - czas, częstotliwość i poziom sygnału).

Technologia WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – technika bezprzewodowej, radiowej transmisji danych. Została oparta na standardach IEEE 802.16 i ETSI HiperLAN. Standardy te stworzono dla szerokopasmowego, radiowego dostępu na dużych obszarach. Standardy te określają informacje dotyczące konfiguracji sprzętu tak, aby urządzenia różnych dostawców pracowały na tych samych konfiguracjach, tj. aby wzajemnie ze sobą współpracowały. W 2009 roku pojawiły się informacje, że największe światowe sieci komórkowe rezygnują z tej techniki na rzecz stopniowej migracji do sieci standardu LTE.

W 2011 roku został dopracowany standard IEEE 802.16e zyskując mobilność zaś w 2012 roku cena urządzeń końcowych spadła na tyle, że technologia WiMax wróciła do łask, stała się atrakcyjna i zaczęła być stosowana przez operatorów. Pojawiły się również dualne stacje WiMAX-LTE, pracujące w obydwu tych standardach z niemal jednakową przepustowością maksymalną (różnica rzędu 3-5%).

Określa się, iż maksymalna przepustowość technologii WiMAX zbliżona jest do 75 Mb/s. To bardzo przyszłościowa szybkość, konkurencyjna nawet z rozwiązaniami przewodowymi. Aby ją uzyskać odbiornik nie może być umieszczony dalej, niż 10 km od nadajnika. Praktyczna przepustowość technologii WiMAX w Polsce wynosi niestety do 4 Mb/s jest to spowodowane dystrybutorami internetu posługującymi się tą technologią.

Technologia GSM/UMTS

Pierwsze specyfikacje GSM opisywały przesyłanie danych o prędkości transmisji 9,6 kb/s (Circuit Switched Data – CSD). Dla realizacji takiego połączenia używano takich samych zasobów w sieci radiowej i szkieletowej jak dla zestawionej rozmowy. Wprowadzono też technikę High Speed Circuit Switched Data (HSCSD), która umożliwiała maksymalną przepływność 57,6 kb/s (zajmowane były wtedy zasoby, które mogły być wykorzystane przez 4 rozmowy). Obie te metody poza niewielkim oferowanym transferem miały też inną poważną wadę - zasoby radiowe musiały być zarezerwowane na cały czas połączenia (tzw. komutacja łączy) internetowego, nawet gdy nie przesyłano ani nie odbierano żadnych danych. Lepszym rozwiązaniem okazała się komutacja pakietów (zasoby radiowe są wtedy przydzielane tylko na czas przesyłania informacji). Dzięki opartej na tej idei technice GPRS umożliwiono transfer na poziomie 30 - 80 kb/s. Jej następczyni - EDGE umożliwia transfer z maksymalną teoretyczną przepływnością 296 kb/s.

UMTS – najpopularniejszy obecnie standard telefonii komórkowej trzeciej generacji. Sieci budowane na bazie tego standardu oferują swoim użytkownikom możliwość wykonywania połączeń głosowych, wideorozmów, wysyłania wiadomości tekstowych oraz przesyłania danych. Dzięki zaimplementowanym w nich technologiom HSDPA i HSUPA (będących częścią standardu UMTS) użytkownicy mogą uzyskać transfer z przepływnością 21,6 Mbit/s podczas odbierania informacji i 5,76 Mbit/s podczas wysyłania danych. UMTS jest następcą standardu GSM (oba standardy są rozwijane przez konsorcjum standaryzacyjne 3GPP), podczas jego projektowania pozostawiono bez większych zmian sieć szkieletową, wprowadzono natomiast zasadnicze zmiany w sieci radiowej. Dzięki nowemu interfejsowi radiowemu, możliwe jest lepsze wykorzystanie dostępnych zasobów radiowych, zapewnienie lepszego współczynnika Quality of Service i zaoferowanie lepszej przepływności danych. Najpopularniejszą technologią używaną dla potrzeb dostępu do sieci radiowej jest WCDMA dlatego często używa się określenia sieci WCDMA zamiennie z sieci UMTS (często stosuje się też nazwy typu sieci HSDPA dla sieci budowanych w standardzie UMTS, które mają zaimplementowaną tę technologię).

Technologia LTE

Long Term Evolution (LTE) – standard bezprzewodowego przesyłu danych będący następcą systemów trzeciej generacji, rozwijany przez konsorcjum 3GPP. Głównymi celami nowego standardu jest zwiększenie możliwości telefonii komórkowej poprzez zwiększenie prędkości przesyłania danych, zmniejszenie opóźnień, zwiększenie efektywności spektralnej łączy radiowych, zmniejszenie kosztów transmisji danych, uproszczenie architektury. Interfejs radiowy LTE używa technologii OFDM do transmisji danych od stacji bazowej do telefonu. Transmisja w kierunku przeciwnym (od telefonu w górę) wykorzystuje SC-FDMA (DFTS-FDMA). Jest to jedna z najbardziej widocznych różnic w stosunku do UMTS, który bazuje na WCDMA.

Specyfikacja LTE (wg dokumentu 3GPP Release 8):

• maksymalna szybkość w dół łącza w warstwie radiowej 100 Mb/s przy szerokości kanału 20 MHz
• rozwiązania 4x4 MIMO, szerokość kanału 20 MHz
• maksymalna szybkość w górę łącza – 50 Mb/s przy szerokości kanału 20 MHz
• co najmniej 200 użytkowników w każdej komórce
• opóźnienie małych pakietów poniżej 5 ms
• optymalny promień komórki do 5 km
• praca w trybie FDD (Frequency Division Duplex) i TDD (Time Division Duplex)
• zachowanie wysokich parametrów dla użytkowników w ruchu do 120 km/h (funkcjonalnie do 350 km/h)