|
|
Проект. Рыбаков 11Б проект 123 (1). Исследование эталонов качества интернет соединения и 5G
Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 548 с углубленным изучением английского языка Красносельского района Санкт-Петербурга
«Исследование эталонов качества интернет соединения и 5G»
Работу выполнил
ученик 11Б класса
Рыбаков Евгений Алексеевич
Руководитель:
Котельников Максим Михайлович
учитель информатики
ГБОУ СОШ № 548
Санкт-Петербург
2021
Оглавление
Введение 3
Строение государственного первичного эталона качества интернет соединения. 5
Типы поколений мобильной связи 6
1. Передача данных типом 1G 6
2. Передача данных типом 2G 7
3. Передача данных типом 3G 7
4. Передача данных типом 4G 8
Исследование пятого поколения мобильной связи 11
Способы усовершенствования эталона 14
Заключение 16
Введение
Беспроводная сотовая сеть 1-го поколения была введена в 1980-х годах, до тех пор в этом направлении были достигнуты различные успехи, и после 1G были представлены различные поколения, такие как сети 2G, 3G и 4G (антенны 4G), 5G. Темой проекта является исследования в области информатики эталонов качества интернет соединения и их возможное усовершенствование, а также исследование старых видов связи и нового поколения – 5G.
Актуальность
В нашем современном мире каждый человек непосредственно или же напрямую взаимодействует с интернетом, именно поэтому в данный момент актуальна проблема с поставкой сети провайдерами, их продукт может быть заведомо ниже заявленного, из-за чего клиенты могут быть просто обмануты и разочарованы в поставляемых услугах.
Цель проекта
Исследовать возможные доработки государственного первичного эталона качества интернет соединения, а также познакомиться с новым поколением мобильной связи – 5G, в результате чего сформировать рекомендации к использованию мобильной сети и разработать брошюру.
Задачи работы
Исследование структуры государственного первичного эталона.
Исследование пятого поколения мобильной связи.
Рассмотреть возможные доработки этого эталона, а также нахождение способов их реализации.
Формирование рекомендаций, а также подготовка брошюры. (может лучше так? Потому что я не вижу про проблемы ничего вообще)
Продукт проекта
Брошюра, содержащая рекомендации, которая поможет людям определить наилучший тип соединения для них.
Строение государственного первичного эталона качества интернет соединения.
Сравнительно недавно произошло рождение интернета, но уже сейчас люди сталкиваются с нехваткой сетевой мощности. Было принято решение о создании государственного первичного эталона единиц измерения объемов передаваемой цифровой информации по каналам интернет и телефонии.
Данный эталон позволяет сравнить и сопоставить время передачи определенного количества данных с одного устройства на другое.
Рассмотрим строение государственного первичного эталона качества интернет соединения:
а) файл-сервер эталонных объемов цифровой информации в составе: – многоцелевого сетевого накопителя QNAP TS-239 Pro II; – двух жестких магнитных дисков Segate Barracuda 7200/12-2 Тбайт;
б) IP-формирователь соединений «Амулет-М» с модулем UMTS;
в) преобразователь информации «ПИ АМУЛЕТ»;
г) компьютер с программным обеспечением (ПО) «Амулет»;
д) управляемый коммутатор Ethernet Cisco WS-C2960-8TC-L;
е) маршрутизатор «Cisco 8912»;
ж) измеритель количества информации «Вектор-ИКИ» в составе:
– модема с поддержкой сетей LTE;
– модема с поддержкой сетей GSM900/1800 и UMTS 2100/900 (режимы передачи данных GPRS/EDGE/HSPA);
– модема с поддержкой сетей IMT-MC-450;
– модема с поддержкой сетей WiMAX;
– модема коммутируемой линии связи;
– абонентского устройства цифровой линии связи ADSL;
– внешнего дискового накопителя с файлами эталонных объемов;
– навигационно-временного и синхронизирующего приемника МНП-М3;
– компьютера с ПО «Вектор-ИКИ»;
– адаптера (инвертора питания) = 12 В /220 В;
и) управляющий компьютер;
к) система измерения температуры и влажности ИВТМ-7/4 Р-МК-4РА;
л) источник бесперебойного питания Ippon Back Office 1000.
Данный эталон представляет собой установку, способную проводить прямые измерения качества связи, методом непосредственного сличения и по каналам интернет, телефонии стандартов UNTS, GPRS, Ethernet, LTE, WiMAX, EDGE, HSPA, ADSL, IMT-MC-450.
Основной его характеристикой заключается то, что он содержит в своей памяти дискретный набор из 25 файлов эталонных объемов цифровой информации в диапазоне от 1 байта до 1 Тбайта.
Данный эталон помогает людям определить качество интернет соединения, которое им передаёт провайдер. В случае занижения данных, человек может обратиться к провайдеру, чтобы качество интернет сети исправили или отказаться от его услуг.
Типы поколений мобильной связи 1. Передача данных типом 1G
1G – первое поколение передачи мобильных данный на телефонах.
Первым стандартом 1-G стал NMT (Nordic Mobile Telephone), используемый в странах Северной Европы, Швейцарии, Нидерландах, Восточной Европе и России. Другие стандарты включают в себя AMPS (Advanced Mobile Phone System), используемые в Северной Америке и Австралии, TACS (Total Access Communications System) в Великобритании, C-450 в Западной Германии, Португалии и Южной Африке, Radiocom 2000 во Франции и RtMI в Италии. В Японии было несколько систем. NTT разработала три стандарта (TZ-801, TZ-802 и TZ-803), в то время как конкурирующая система под управлением DDI использовала стандарт JTACS (Japan Total Access Communications System).
В 1G-сетях фактическая скорость загрузки составляла от 2,9 Кбайт/с до 5,6 Кбайт/с.
2. Передача данных типом 2G
2G – второе поколение передачи мобильных данных на телефонах.
Технология 2G может быть разделена на TDMA (основана на временном разделении доступа) и CDMA (основана на кодовом разделении каналов) в зависимости от используемого типа мультиплексирования. Основным стандартом 2G является:
GSM (на основе TDMA), родом из Европы, но используется практически во всех странах мира на всех шести обитаемых континентах. На сегодняшний день на этот стандарт приходится около 80 % всех абонентов в мире. Более 60 операторов GSM также используют CDMA2000 в диапазоне 450 МГц (CDMA450);
Благодаря данному типу связи люди звонят друг другу.
Предельная скорость передачи данных- до 473,6 кбит/с.
3. Передача данных типом 3G
3G – третье поколение передачи мобильных данных
Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают на границе дециметрового и сантиметрового диапазона. Они позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и различный контент.
3G включает в себя 5 стандартов семейства IMT-2000 (UMTS/WCDMA, CDMA2000/IMT-MC, TD-CDMA/TD-SCDMA (собственный стандарт Китая), DECT и UWC-136).
Наибольшее распространение в мире получили два стандартаUMTS (или W-CDMA) и CDMA2000 (IMT-MC),в основе которых лежит одна и та же технология — CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением каналов).
В России IMT-MC был доступен до 2016 года на радиочастотах диапазона 450 МГц (CDMA450).
Работает на частоте 900 МГц и 2100 МГц в зависимости от выбора оператора услуги.
В сетях 3G обеспечивается предоставление двух базовых услуг: передача данных и передача голоса. Согласно регламентам ITU (International Telecommunications Union — Международный Союз Электросвязи), сети 3G должны поддерживать следующие скорости передачи данных:
для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) — не менее 144 кбит/с;
для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) — 384 кбит/с;
для неподвижных объектов — 2048 Кбит/с.
4. Передача данных типом 4G
4G – четвертое поколение передачи мобильных данных.
Системы связи 4G основаны на пакетных протоколах передачи данных. Для пересылки данных используется протокол IPv4; в будущем планируется поддержка IPv6.
С технической точки зрения, основное отличие сетей четвёртого поколения от третьего заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе как пакетную коммутацию, так и коммутацию каналов. Для передачи голоса в 4G предусмотрены технологии VoLTE (англ. Voice over LTE)
Основные исследования при создании систем связи четвёртого поколения ведутся в направлении использования технологии ортогонального частотного уплотнения OFDMКроме того, для максимальной скорости передачи используется технология передачи данных с помощью N антенн и их приёма М антеннами — MIMO. При данной технологии передающие и приёмные антенны разнесены так, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами.
Требования IMT-Advanced
Передовые международные мобильные телекоммуникационные системы (IMT-Advanced), определённые сектором радиосвязи МСЭ, должны отвечать некоторым требованиям, чтобы считаться сетями поколения 4G:
основываются на коммутации пакетов, используя протоколы IP;
пиковые скорости передачи данных от 100 Мбит/с для пользователей с высокой мобильностью (от 10 км/ч до 120 км/ч) и от 1 Гбит/с для пользователей с низкой мобильностью (до 10 км/ч);
используются динамически разделяемые сетевые ресурсы для поддержки большего количества одновременных подключений к одной соте;
их масштабируемая полоса частот канала 40 МГц;
минимальные значение для пиковой спектральной эффективности 15 бит/с/Гц в нисходящем канале и 6,75 бит/с/Гц в восходящем канале (имеется в виду, что скорость передачи информации 1 Гбит/с в нисходящем канале должна быть возможна при полосе пропускания радиоканала менее 67 МГц);
спектральная эффективность на сектор в нисходящем канале от 1,1 до 3 бит/с/Гц/сектор и в восходящем канале от 0,7 до 2,25 бит/с/Гц/сектор;
Предельная скорость передачи данных- 1 Гбит/сек.
Рис.1 – График статистика использования интернет-сетей каждый год.
Исследование пятого поколения мобильной связи
Кроме обозначенного в работе эталона качества интернет соединения не менее интересным является развертывание пятого поколения стандарта мобильной связи. Его развертывание было воспринято угрозой гражданским населением из-за нескольких причин, связанных со строением данного поколения.
Во-первых, увеличение частот (New Radio (NR), подразделяется на две полосы частот: FR1 (600-6000 МГц) и FR2 (24-100 ГГц)), в сравнении с 4G (800 МГц (Band 20) - 2600 МГц (Band 38)). Данное нововведение сильно уменьшит задержку с 40 – 50 мс до 1 мс.
Во-вторых, есть некая теория о том, что вышки нового поколения вызывают послабления иммунной системы. Теория о связи 5G и коронавируса заключается в том, что 5G якобы ускоряет распространение заболевания, ослабляя иммунную систему; другая утверждает, что коронавирус сам по себе небылица, придуманная для маскировки ущерба, который наносит человеку новая технология. В ходе выполнения работы был проведен сравнительный анализ всех поколений сотовой связи. Результаты представлены в таблице 1.
Сравнение выполнялось по нескольким критериям:
Стандарты сотовой связи – стандарты, по которым передаётся сигнал сотовой связи.
Скорость передачи данных – это скорость, с которой передаются данные через канал связи, показывающая, какое количество бит информации передаётся за единицу времени.
Рабочая частота – частота, с которой передаётся сотовый сигнал.
Поколения сотовой связи:
|
1G
|
2G
|
3G
|
4G
|
5G
(сотовая связь нового поколения)
|
Стандарты сотовой связи:
|
AMPS, TACS, NMT
|
TDMA, CDMA, GSM, PDC
|
WCDMA, CDMA2000, UMTS
|
LTE-Advanced, WiMax Release 2 (IEEE 802.16m), WirelessMAN-Advanced
|
5G/IMT-2020
|
Преимущества:
|
Аналоговый стандарт
|
Цифровой стандарт, поддержка СМС
|
Увеличение емкости и скорости до 2 Мбит/c
|
Увеличение емкости, IP ориентированная сеть, поддержка мультимедиа, увеличение скорости до сотен Мбит/c
|
Скорость от 1 Гбит/c, среднее количество одновременных пользователей - 1 млн на км², задержка до 1 мс, повышенная энергоэффективность
|
Скорость передачи данных:
|
1,9 кбит/с
|
9,6 - 14,4 кбит/с
|
до 3,6 Мбит/с
|
100 Мбит/с - 1 Гбит/с
|
от 1 Гб/с, 6,5 Гб/с
|
Рабочая частота (мГц):
|
|
900,1800.
|
900,1800,2100.
|
800,1800,2600.
|
|
Таблица 1. Сравнение эталонов
Рис.2 - Различия между 5G, 4G и 3G
Способы усовершенствования эталона
В ходе работы были выявлены некоторые способы совершенствования эталона. Первое – можно расширить базу данных, на момент содержащую 25 файлов. Добавить один из наименьших объемов цифровой информации – 1 бит, а также достигнуть объемов, превосходящих 1 Тбайт – 1 Пбайт (этот объем поможет провести замеры в поддержании единой скорости интернет соединения). В настоящее время, данный объём информации мало где используется, но со временем люди преодолеют его.
Кроме того, можно создать программное обеспечение, которое будет изображать различные источники помех (симулировать настоящие жизненные/обывательские/неидеальные условия). Это позволит поднести эталон к более вероятным значениям и снизить получаемые методом непосредственного сличения величины. (Беспроводные сети: с помощью доступных API, работающих с картами, к примеру «Google map», можно рассчитать расстояние от вышки провайдера до проверяемого нами устройства. Учитывая местность (огромные высотные здания или же равнинные озёра), можно рассчитать возможные потери, которые будут учтены при нахождении эталонного значения в определенном месте)
 
Рис.3 – Метод непосредственного сличения.
На самом деле качество интернет соединения во многом зависит от четырёх основополагающих признаков:
Скорость передачи данных по сети
Задержка (пинг – время, необходимое для преодоления нужного пространства (между клиентом и провайдером) пакетами
Коэффициент потери пакетов (процентное соотношение дошедших до клиента пакетов к общему их числу)
Джиттер – различия в скорости передачи пакетов
Заключение
В ходе выполнения поставленных задач мною был создан исследовательский проект, затрагивающий новые идеи по усовершенствованию государственного первичного эталона единиц измерения объемов передаваемой цифровой информации по каналам интернет и телефонии; не так давно стало разворачиваться внедрение нового поколения мобильной связи, имеющее огромный потенциал для развития всей промышленности.
Список источников
www.speedtest.net/ookla-5g-map — сервис Ookla.
https://habr.com/ru/post/490404/ - Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования
https://habr.com/ru/post/112535/ - Что такое 1G, 2G, 3G, 4G и все что между ними
https://odbs.ru/blog/sotovaya-svyaz/standarty-i-pokoleniya-sotovoy-svyazi/ - Стандарты и поколения сотовой связи
Степутин, Николаев «Мобильная связь на пути к 6G»
Олифер В. «Компьютерные сети. Принципы технологии протоколы»
Эндрю Блам «Сеть. Как устроен и работает Интернет»
https://bezlimit.ru/blog/ot-1g-do-5g-kak-menyalas-set-mobilnoy-svyazi/ - история создания мобильных сетей
|
|
|
Скачать 176 Kb.