Альтернативные способы передачи информации

Электронный журнал «Электрорешения»

Будет ли промышленная передача данных осуществляться беспроводным способом или при помощи проводов? Эксперты в области современных способов передачи данных поделились опытом и рассказали о наиболее перспективных технологиях будущего.

Беспроводная передача данных на уровне повседневного частного пользования сегодня почти повсеместна. Наверняка уже не найдется человека, не переносившего данные, к примеру фотографии, с устройства на устройство посредством Bluetooth. В области индустрии беспроводные системы передачи данных еще не достигли такого высокого уровня, и не используются повсеместно, однако приобретают с каждым годом все большее и большее значение. Радиотехнологии предполагают высокий уровень гибкости всей системы. «Технология 5G станет в ближайшем будущем ведущей технологией в области беспроводной передачи данных», — прогнозирует Александр Бенткус, старший менеджер по технике / техническому оборудованию в ZVEI Automation Association. 5G станет преемником нынешних мобильных сетей LTE. Согласно ZVEI, он отвечает высоким требованиям для промышленного использования — особенно в отношении возможностей передачи информации и команд в режиме реального времени. Тем не менее, промышленные сети 5G находятся в настоящее время на стадии стандартизации, поскольку в будущем они должны будут объединять в себе многочисленные требования безопасности и надежности передачи данных, а для этого предстоит испытать их в тестовом режиме. Рано или поздно технология будет развита до такого уровня, чтобы попасть в заводские цеха.

Беспроводная передача данных с помощью света

В настоящее время Институт фотонных микросистем Фраунгофера (Германия) занимается разработкой конкретных технологий для бесконтактной передачи данных. Здесь речь идет о так называемой технологии Li-Fi. Передатчики этой технологии используют спектр света для передачи данных и, таким образом, представляют собой альтернативу WLAN и Bluetooth. Самое большое преимущество: технология поддерживает работу в режиме реального времени, что часто является целью передачи данных в промышленных приложениях. Одним из слабых мест данной разработки является тот факт, что для передачи данных требуется соединение компонентов или машин на линии прямой видимости, что, в свою очередь, ограничивает область ее применения. «Медные или оптоволоконные кабели не смогут заменить оптическую передачу», — объясняет доктор Александр Ноак из научно-исследовательского института Фраунгофер. Существует и множество других преимуществ этой технологии: «По сути, Li-Fi сочетает в себе преимущества подключения с помощью кабеля и беспроводной передачи. Высокая гибкость, высокая безопасность передачи данных по сравнению с радио обеспечивается благодаря необходимой прямой видимости, широкой полосе пропускания, отсутствию электромагнитных помех, связи в реальном времени и использованию нерегулируемого и, следовательно, нелицензированного спектра, а именно света ».

Компания Wieland Electric уже отметила для себя эти преимущества и использует передачу данных с помощью света в собственном производстве уже сегодня. В частности, технология используется на производственной линии для электронных компонентов. Данные передаются между Li-Fi передатчиком и приемником для управления системой и записи рабочих данных. Данные конфигурации отправляются далее на системный компьютер, а информация о выходе или сбоях возвращается в систему сбора оперативных данных Wieland. Соединение с сетью передачи данных осуществляется с помощью решения оптической связи Signify Trulifi 6013, которое обеспечивает безопасное соединение точка-точка и скорость двунаправленной передачи 250 Мбит / с в однонаправленном режиме и 2 x 250 Мбит / с.

Эксперты производителей кабелей, научно-исследовательских институтов согласны с тем, что в будущем будет важно разумно объединить все технологии передачи и грамотно и безопасно внедрять их в различные области применения.

Новые кабельные технологии

Даже в области классических технологий передачи данных, таких как провода и кабели, все еще есть потенциал для дальнейшего совершенствования. Новыми кабельные технологии — как механические, так и электрические – все еще могут предложить самые широкие возможности применения в промышленной сфере. Причем медные кабели будут продолжать играть основную роль в области проводной передачи данных, говорит Райнер Россел, глава Chainflex Lines в Igus GmbH: «В будущем объем передаваемых данных будет увеличиваться, пока лица, принимающие решения, не обнаружат, что передача данных на основе меди в промышленной среде в какой-то момент становится недостаточной в долгосрочной перспективе. «

Производители индустриальной передачи данных будущего

Многие производители имеют в своем ассортименте оптоволоконные кабели промышленного назначения. Они передают огромные объемы данных, самые быстрые — по данным производителя кабелей Lapp — более 250 терабит / с. Кроме того, технология будет особенно полезна в средах, загрязненных ЭМС. Однако Lapp использует обычные медные кабели с новейшей технологией — так называемые кабели Cat.7 Industrial Ethernet — для больших объемов данных. Такие кабели очень устойчивы и мощность передачи данных не нарушается в даже в случае повреждения или износа. В таком случае они все еще достигают полной скорости передачи 10 Гбит / с, в то время как производительность кабелей более низкого уровня падает (Cat.5 или Cat.6). Специалисты в области проводной передачи данных однако отмечают, что для интеграции отдельных датчиков или систем ввода-вывода в сеть Ethernet, линии Cat.6 или даже Cat.7 имеют слишком большой размер.

Выход на рынок технологии однопарного Ethernet

Здесь вступает в действие другая технология, которая может оптимизировать промышленную передачу данных в будущем. И это касается однопарных кабелей Ethernet. Вместо четырех проводных пар у них есть только одна, что позволяет экономить время при подключении и при производстве. «Эта технология ожидается уже в скором времени. В прошлом такие азработки были реализованы даже быстрее, чем считалось возможным», — говорит Стефан Экер, менеджер по продукции в Weidmuller. Компания способствует стандартизации в технологическом партнерстве с другими компаниями. Это приводит к подключаемым поверхностям IP20 и IP65 / 67 для передачи данных по одной и четырем парам в приложениях Ethernet для одной пары. Одним из главных условий для надежной передачи данных — независимо от того, какая проводная технология используется — важно, чтобы контакт между кабелем и разъемом был оптимальным.

Хотите подписаться на статьи электронного журнала «Электрорешения»?

Источник

Передача данных: фантастическая скорость и новые методы

Иллюстрация световых сигналов, посылаемых через оптическое волокно (с)

Вы знаете, в чем интернет будет нуждаться всегда? В бо́льшей пропускной способности. Судите сами: на подходе «домашняя» революция с 4K-фильмами на сотни гигабайт. За волной видеоконтента или параллельно с ней будет развиваться виртуальная реальность. Рост скорости – это не единственное направление исследований. Сегодня мы расскажем вам о способах передачи данных, которые пока выглядят настоящей фантастикой, но тем не менее могут быть реализованы в ближайшем будущем.

Старый добрый кабель

Исследователи из Датского технического университета в 2014 году передали данные по единственному волоконно-оптическому кабелю на скорости 43 Тбит/с. Ученые использовали оптоволокно с несколькими сердцевинами. Тем не менее скорости 100 Тбит/с удалось достичь еще в 2011 году двумя способами: через оптоволоконную жилу, состоящую из семи отдельных волокон, каждое из которых обеспечивало скорость 15,6 Тбит/с; во втором случае данные «упаковывались» за счет использования лазерных лучей разного спектра, с разной амплитудой и фазами излучения – всего использовалось 370 отдельных лучей.

Выжать все возможное из одного кабеля оптоволокна постаралась научная группа ученых Голландии и США, передав данные на 1 километр со скоростью 255 Тбит/с. Исследователи использовали оптическое 7-сердцевинное волокно (на картинке выше оно изображено слева). В чем же разница с обычным волокном? Всё просто, здесь свет проходит в каждой сердцевине, независимо от других. Черные точки на картинке – воздушные прослойки, изолирующие сердцевины друг от друга. Используя эту технологию, в сентябре 2012 года удалось достигнуть реальной скорости передачи в один петабит в секунду по кабелю с 12 световодными каналами на расстояние 52,4 км.

Электрическая лампочка для передачи данных

Несколько лет назад появилась оптическая технология беспроводной передачи данных Li-Fi (сокращенно от Light Fidelity), при которой приемо-передающее устройство, ничем не отличимое от обычной лампочки, мигает с очень большой частотой, передавая информацию вместе со световым потоком. Прием и передача информации в Li-Fi проводится на скоростях около 150 Мбит/с. А вот технология Li-Fi, основанная на лазерных светодиодах, позволяет повысить скорости передачи информации до 100 Гбит/с. Минус у такого устройства только один – за пределами комнаты оно не работает.

pCell: миф или реальность?

Технология pCell должна решить проблему нехватки частот в спектре, дав возможность каждому мобильному устройству работать со всей полосой частот, которую предоставляет базовая станция, независимо от степени загруженности. По данным авторов проекта из американского стартапа Artemis Networks, pCell обеспечит скорость в 50 раз больше текущих сетей 4G LTE, используя тот же диапазон частот и существующие смартфоны. Возможно ли это? В конце прошлого года стало известно, что Nokia Networks начнет тестирование технологии pCell. Нам осталось дождаться только обнародования результатов исследования.

LLCD, или зачем нужен лазер

В 2013 году успешно стартовал зонд LADEE, на котором установлена система двусторонней лазерной связи Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD). В результате удалось достичь скорости передачи данных 622 Мбит/с с аппарата на наземную станцию и 20 Мбит/с с наземной станции на аппарат, находившийся на расстоянии 385 000 км от Земли.

Возможно ли использовать аналогичную лазерную связь на Земле? Конечно. Еще в 2011 году были опубликованы результаты эксперимента по передаче данных на направленном лазерном луче с потрясающей скоростью 26 Тбит/с на расстояние 50 км. А дальше начинаются сложности с тем, что луч должен быть направленным. В условиях городской застройки это ограничение практически нивелирует плюсы от скорости.

Из мозга в мозг

Один из самых фантастических методов передачи информации строится на простом допущении: зачем нам нужны дополнительные каналы, если в конечном счете речь идет об обмене информации между одним человеком и другим. А что если сразу соединить два мозга?

Нейрофизиологи из лаборатории Университета Дьюка объединили мозги трех обезьян в «локальную сеть». Обезьяны, с помощью нейроинтерфейса и семи сотен электродов, встроенных в двигательную кору мозга, контролировали движение виртуальной руки на экране компьютера. Каждое животное отвечало за управление двумя из трех осей движения руки – X и Y, X и Z, Y и Z. Животные научились совместно обмениваться информацией о положении «руки» на экране и корректировать ее движение.

Тело-проводник

Телекоммуникационная компания NTT DoCoMo разработала технологию Human Area Networking, при которой небольшой передатчик создает вокруг человеческой кожи электромагнитное поле. Для снятия сигнала на другом участке кожи используется чувствительный оптический датчик, принимающий сигнал на скорости около 10 Мбит/с. Человеческое тело, пропускающее через себя информацию, позволяет реализовывать интересные технологические решения. Как вам идея отправить документ на печать, взяв в руки флешку и прикоснувшись к принтеру?

Сквозь всю вселенную

Команда физиков Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США) в 2012 году предложила способ передать данные сквозь любой объект: при помощи нейтрино, фундаментальной частицы, чрезвычайно слабо взаимодействующей с материей. Благодаря нейтрино ученым удалось передать данные через 240 метров горной породы – недоступный показатель для любых других беспроводных технологий. Впрочем, скорость передачи данных составила всего 0,1 бит в секунду, но в будущем подобный способ можно будет использовать для связи с далекими космическими объектами.

С помощью водки

Да, существует и такой необычный способ передачи данных, пригодный для использования в среде, затрудняющей применение электромагнитных волн. В основе метода лежит молекулярная система, имитирующая работу с помощью летучих химических соединений. Специалисты использовали пары водки для передачи двоичного кода: наличие пара – 1, а отсутствие — 0. Сообщение пересылалось с помощью настольного вентилятора к датчику, анализирующему концентрацию алкоголя в воздухе.

Мясные коммуникации

В Университете Иллинойса поставили эксперимент по передаче ультразвуковых сигналов через ткани животного со скоростью до 30 Мбит/с – это рекорд в передаче данных через мясо!

В основу метода легла технология передачи сигнала под водой. Используя 5 МГц-датчик для отправки сигнала через мясо в резервуаре с водой, в котором находился гидрофон для его приема, удалось передать сигнал со скоростью 20-30 Мбит/c. В будущем эта технология поможет вести прямую трансляцию из тела пациента или обновлять программное обеспечение человеческих имплантатов.

Великий советский интернет

Идею передавать данные при помощи трубопровода придумали еще в Советском союзе. Современные технологии значительно усовершенствовали метод. Компания Nethercomm еще десять лет назад запатентовала технологию Broadband-in-Gas (BiG) для передачи сигнала по радиоформату UWB (Ultra Wide Band) на скорости до 10 Гбит/с. В трубопроводной сети монтируется цепь ретрансляторов радиосигнала, передающегося в диапазоне UWB. Из-за ретрансляторов, установленных внутри трубы, использовать эту технологию внутри водопроводных труб нельзя. Радиосигнал передается внутри имеющихся труб параллельно с потоком бытового газа.

Описанные выше способы передачи данных изменят мир в самое ближайшее время. Возможно, что широкие каналы между континентами позволят перенести все data-центры в одно благоприятное место – в Антарктиду, например, для естественного охлаждения. Связь с дальними космическими объектами может стать доступной на высоких скоростях. Обычный проводной интернет (впрочем, как и мобильный) достигнет невероятной скорости.

Мы не знаем наверняка, каким именно путем будет развиваться отрасль. Не исключено и то, что все описанные методы померкнут на фоне новых исследований в ближайшее десятилетие. В любом случае времена меняются, а значит, будут и другие невероятные скорости передачи данных.

Источник