Способы быстрой передачи данных

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

Кратчайшие, полезные и бесполезные способы передачи информации

Со времен наскальных рисунков человек озаботился вопросом, как в кратчайшие сроки передать сородичам важную информацию. Есть ли поблизости следы медведя, где в последний раз был замечен жирный мамонт, сколько молодых воинов в племени соседей… Передача ценной информации за наименьший отрезок времени — это эффективнейший инструмент эволюции. Глиняная письменность, узелки на веревке, натертые железные пластины, послания, выдолбленные на каменных монолитах — все эти способы повышали эффективность передачи сигналов, но имели неустранимый недостаток. Вам нужен был человек, который донёс бы послание, или птица, которая перенесла бы записку в лапках над морем.

Становление и совершенствование инструментов перекачки информации привело к новой проблеме. Когда информации становится слишком много, требуется больше времени на её обработку и понимание. В XXI веке нам нужен уже не только канал, передающий мысли и чувства со скоростью света, но и мозг, способный такую информацию улавливать.

10 марта 1876 года шотландский изобретатель Александр Белл сказал целых шесть слов (Mr. Watson. Come here. I want to see you), впервые совершив телефонный звонок. Ещё раньше появился факс — в 1843 году устройство придумал другой прославленный шотландец Александр Бейн. А ещё раньше, аж в 1809 году мюнхенским академиком Зёммерингом был изобретён телеграф. Он впервые позволил передавать информацию практически моментально.

Отдельные исследователи называют телеграфные сети «викторианским интернетом». Вы удивитесь, обнаружив на картинке сверху, какое количество подводных кабелей было проложено уже к 1901 году. Типичная картина тех лет — улица, опутанная провода как паутиной гигантских пауков.

Следующим революционным событием, изменившим способы общения, стало появление беспроводной связи. Первое SMS-сообщение было отправлено 3 декабря 1992 года. Смска, как все вы знаете, содержит до 160 символов (в латинице) или до 140 байт (1120 бит) данных. Впервые идея SMS была высказана Матти Макконеном в 1984 году на конференции в Копенгагене. В 1985-м немецкий исследователь Фридхельм Хиллебранд разработал формат SMS. Он вручную подсчитывал количество букв, цифр, знаков пунктуации и пробелов в напечатанных на обычных страницах предложениях, пытаясь подтвердить или опровергнуть мнение, что для отдельного информационного сообщения достаточно несколько строк текста.

Эксперимент Хиллебранда лишь подтвердил точку зрения самого исследователя, согласно которой техническое ограничение, присутствующее изначально в системе, не является камнем преткновения. Вот только для разных языков используются различные кодировки: английский — 7-битная; французский, немецкий — 8-битная кодировка; остальные языки, включая русский, — 16-битная, всего лишь до 70 символов в одном сообщении, что часто бывает недостаточно.

SMS-сленг (txtspk) — это целая культура из сотен сокращений, заменяющих собой длинные шаблонные фразы. Характерны они были не только для коротких кириллических сообщений, но и для «полноценных» английских эсэмэсок. 4u, 2nite, L8R, 10x, имхо и другие сокращения активно использовались как в SMS-переписках, так и в чатах на заре развития интернета.
Другой характерный пример эпохи коротких сообщений показывают нам жители азиатско-тихоокеанского региона. Выбирать с помощью традиционной цифровой клавиатуры из тысяч иероглифов нужные — занятие не самое быстрое. Поэтому мудрые азиаты используют разбиение по «ключам» (подбирая элементы символа), разбиение по звучанию, а также некоторые комбинированные способы.

Существует мнение, что SMS — самый дорогой способ передачи информации, если учитывать соотношение потраченных денег к количеству переданных байт. SMS от полного вымирания в наши дни спасает унифицированность. Любой мессенджер, снижающий расходы на общение до нуля, не будет работать при отсутствии интернета и требует наличие точной такой же программы на телефоне получателя сообщений. А смску можно просто отправить по номеру телефона.

СМС — это еще и часть нашей культуры. Существуют специальный термин для литературы, созданный с помощью сервисов тестовых сообщений мобильных телефонов — «мобильный роман». Такие произведения состоят из «глав» длиной 70-100 слов, для которых характерны сокращения, разговорный, упрощенный и лапидарный стиль изложения. «Мобильные романы» имеют много общего с брошюрками, кратко излагающими содержимое популярных объёмистых литературных произведений.

Это просто космос

На Международной Космической Станции пропускная способность канала «МКС-Земля» составляет 200-400 Кбит/сек. Хотя существуют проекты увеличения пропускной способности канала до 50 Мбит/сек, станция по-прежнему остается местом, где обмен научными данными превышает объём праздных разговоров.

Если вы видели, как в фильме «Марсианин» Марк Уотни поддерживает связь с NASA и обменивается с ними шутками, задумайтесь вот о чём. Прямо сейчас на Марсе работают марсоходы Opportunity и Curiosity, связь с которыми осуществляется через искусственные спутники на орбите планеты. Скорость передачи данных со спутника может варьироваться от 0,5 до 4 мегабит в секунду — в зависимости от текущего расстояния между Землей и Марсом. Однако даже такая связь не постоянна, существуют задержки, во время которых роверы ждут ближайшего коммуникационного окна со спутником, а спутник в свою очередь ждет, когда будет доступна одна из принимающих станций.

С неодушевленными объектами достаточно обмениваться сухим языком программных кодов, но как только человек начнет активнее осваивать ближайшие планеты, понадобится либо совершенствовать каналы связи, либо увеличивать объем информации, который можно будет уместить в один информационный блок.

Краткий пересказ эмоций

WhatsApp, Viber, Hangouts, «ВКонтакте», «Одноклассники», Facebook, Skype, Telegram, Jabber, ICQ и прочие SMS-общение не убили, но человеческий разум не остановился в попытках облегчить способы кратного изложения информации. Еще один тренд нашего времени — эмодзи. Автор блога Emojinalysis, например, ставит своим подписчикам шуточные диагнозы о состоянии психиатрического здоровья на основании последних использованных ими пиктограмм Emoji. С помощью Emoji дают интервью, выпускают пресс-релизы, отвечают на неудобные вопросы, рассказывают о личной жизни. В общем, делают всё тоже самое, что делают с обычными словами. Просто так быстрее.

Интернет захлестнула волна анимированных и статичных «жёлтых рожиц» из-за Японии (не путайте с текстовыми смайлами (｡◕‿◕｡), известными ещё с 80-х). Сначала бум пейджеров в середине 1990-х привел к расцвету символов-эмоций. Следующий «взрыв графических эмоций» случился в 2011 году, когда мощное землетрясение в Японии нарушило традиционные способы коммуникации. Компании NHN Japan, NHN Corp. выпустили приложение Line — мессенджер, который должен был обеспечивать надёжную связь между абонентами вне зависимости от качества связи операторов, пострадавших от стихийных бедствий. Одной из особенностей Line были наборы забавных картинок (стикеров), которыми легко можно было выразить различные эмоции.

В отеле Aloft Manhattan Downtown в Нью-Йорке ввели систему обслуживания, основанную на анализе эмодзи-сообщений постояльцев.

Эволюция способов передач информации на эмодзи не остановилась. Существует приложение Noice, в котором есть озвученные смайлы-эмотиконы. Мессенджер Yo позволяет отправлять только одно единственное сообщение — Yо — сопровождающееся соответствующим стандартным звуком. В мессенджере Emojli общаться можно только при помощи смайликов — немного напоминает общение с помощью рисунках на камнях. , почему бы и нет.

Эмодзи-клавиатура, созданная из 14 обычных клавиатур. На каждой клавише есть наклейка с эмодзи — всего более 1000.

Иные способы

QR-код — популярный формат передачи текста (который многие ненавидят за бессмысленность и усложнение обычного процесса прочтения информации), «зашифрованного» через изображение. Используя программный декодер, можно значительно сократить скорость обмена информацией, например, кодируя русскую SMS 7-битным алфавитом или отправляя на телевизор последовательность сменяющих друг друга видеокадров с разной степенью яркости. Такие необычные методы используются редко, но поиск новых решений в способах передачи информации продолжаются. К слову, учёные из университета Йорка (Канада) и университета Варвика (Великобритания) разработали метод передачи текстового сообщения на расстояние в несколько метров на молекулярном уровне, то есть с помощью запаха. Тем самым они повторили природный механизм, которому уже несколько миллионов лет — к примеру, муравьи с помощью феромонов оставляют след на дороге с указанием маршрута.

Возможно, эмодзи, запись информации в генах цветовыми маркерами, штрих-коды, отправка данных по магистральным линиям электропередач, квантовая запутанность для мгновенной коммуникации и другие увлекательные способы передачи информации приведут нас к некоему аналогу пиктографического письма. Это хорошо или плохо?
¯\_(ツ)_/¯

Источник