Научно-исследовательский ядерный университет
Московский инженерно-физический институт
Факультет «Автоматики и электроники»
Кафедра «Микро- и наноэлектроники»
«Сети будущего»
Подготовил студент А9-11
Стариков А.В.
Преподаватель: доцент Лапшинский В.А.
Москва 2013
РЕФЕРАТ
Отчёт 14 с., 1 ч., 11 рис., 0 табл.,5 источников, 0 прил.
Цель работы: В данной статье рассматриваются возможные варианты развития компьютерных и некоторых других сетей в ближайшем будущем. Также описываются некоторые технологии, непосредственно относящиеся к основной теме данной статьи.
В наш век, когда наука столь глубоко изменяет человеческое существование, вполне естественен тот интерес, который возбуждает жизнь ученого, ход его мыслей, сущность его исследований.
Андре Моруа
Введение
"Сегодня, когда вычислительная техника доступна по цене и может использоваться в повседневной жизни, мы стоим на пороге новой революции. Она связана с беспрецедентным удешевлением связи; все компьютеры будут постепенно соединены друг с другом, чтобы общаться с нами и для нас. Глобально взаимосвязанные, они образуют грандиозную сеть – так называемую информационную магистраль (information highway). Прямой ее предок – нынешний Internet, объединяющий большую группу компьютеров, которые обмениваются информацией на базе современной технологии.
Возможно ли создание этой новой сети?"
Рисунок 1. Билл Гейтс
Таким вопросом задавался Билл Гейтс в 1995 году в своей книге "Дорога в будущее". Билл Гейтс во многом предвосхитил развитие информационной технологии на десятилетний срок вперед, ведь на данный момент, вещи, казавшиеся фантастическими в то время, являются обыденными сейчас. Но прогресс не стоит на месте, и спустя каких-то 10 или 20 лет многие технологии, кажущиеся нереальными на сегодняшний день, будут совершенно обычным делом, и люди будут удивляться, как раньше жили без тех или иных технологий.
Так что же нас ждёт в будущем?
Развитие сети
Люди могут жить в разных странах и быть разделены огромными расстояниями. Общество кажется похожим на океан. Вероятность повторной встречи двух незнакомых людей в мегаполисе ничтожно мала. Однако ещё в 1970-х годах один из основоположников «сетевой науки» С.Милгрэм установил, что в обществе имеет место «закон шести рукопожатий». В среднем каждый житель Земли имеет знакомых («рукопожатие»), которые, в свою очередь, имеют знакомых, так что всего за шесть шагов можно связаться практически с любым другим человеком на планете. Мы живём в очень тесной сети социальных контактов. Такие сети относятся к так называемым «малым» или «тесным мирам».
Рисунок 2. Пример взаимодействия между людьми
Многомерность означает в привычных словах наличие дальних связей. Новые технологии позволили использовать то, что общество является «малым миром». Интернет, социальные сети, электронная торговля, интернет-порталы преобразили «нервную систему человечества».
Информационное взаимодействие между людьми играет огромную роль в развитии человечества, в мировой динамике. Поэтому способы создания, передачи и осмысления информации имели и имеют для человечества принципиальное значение. Начиная с изобретения письменности и продолжая изобретением телеграфа, телефона, человечество совершенствовало способы связи.
В будущем компьютерные сети, в традиционном смысле этого слова, то есть сети, передающие только текст и числа исчезнут. Главная тенденция для всех типов сетей – телефонных, компьютерных, телевизионных – конвергенция. Конвергенция телекоммуникационных сетей – объединение нескольких, бывших ранее раздельными, услуг в рамках одной услуги. Уже сегодня компьютерные сети передают несвойственные им изначально типы трафика. Это, прежде всего, звук в разных видах: в форме интерактивного взаимодействия двух участников телефонного разговора, в форме вещания по запросу – передача песен или заранее записанных выступлений или интервью через Интернет, в форме голосовой почты.
Рисунок 3. Конвергенция телекоммуникационных сетей
Таким образом, телекоммуникационные сети будущего – это сети, одинаково хорошо передающие и пульсирующий трафик данных, и потоковый трафик звука и видео. Сети будущего унаследуют лучшие черты своих прародителей – телефонных и компьютерных сетей, а также сетей радио и телевещания, но с использованием общей транспортной технологии, которая должна обеспечить передачу каждого типа трафика с требуемым для него качеством. Например уже сейчас люди могут пользоваться видеозвонками на своих мобильных телефонах, но к сожалению это не всегда возможно из-за слабой пропускной способности сети. В ближайшем будущем качество связи значительно улучшится, и тогда для людей такой вид связи не будет казаться чем-то необычным.
Электроника в доме
Со временем вся электроника в домах будет связана между собой. Люди смогут передавать информацию с дисплея мобильного телефона на экран телевизора, управлять освещением, обогревом и даже смогут вскипятить чайник и разогреть ужин одним нажатием кнопки на телефоне, ещё не войдя в квартиру.
Рисунок 4. Домашняя сеть
Домашние телефоны будут приближаться по своим возможностям к мобильным всё больше и больше. "Нынешние телефоны подключат к тем же сетям, что соединяют персональные компьютеры и телевизоры. На телефонах появятся небольшие плоские экраны и крошечные видеокамеры. В остальном они более или менее сохранят свой сегодняшний облик, и на кухнях мы по-прежнему будем вешать настенные телефоны, поскольку они экономят место. Зато разговаривая по телефону, Вы увидите своего собеседника или то изображение, которое он (или она) захочет Вам показать. В техническом плане у телефона, висящего над мойкой, будет много общего с коммуникационной телеприставкой, расположенной в гостиной, или с персональным компьютером из рабочего кабинета, но внешне он вряд ли сильно изменится. Кардинально сменится лишь его начинка – как, впрочем, и у всей информационной аппаратуры." В конечном счёте и этот прогноз Билла Гейтса сбудется.
Рисунок 5. Пример домашнего телефона будущего
Первые шаги к такой домашней сети уже сделаны в виде системы "умный дом". Умный дом (англ. smart home) — жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Под «умным» домом следует понимать систему, которая обеспечивает безопасность, комфорт и ресурсосбережение для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Кроме того, от автоматизации нескольких подсистем обеспечивается синергетический эффект для всего комплекса.
Носимая электроника
Спустя какое-то время, на смену как домашним, так и мобильным телефонам придёт так называемая "носимая электроника". Поначалу это будут очки, часы или какие-то другие браслеты, выполняющие функции коммуникационных устройств.
Рисунок 6. Электронный браслет
В дальнейшем будет происходить интеграция данных устройств непосредственно в тело человека. Современные технологии позволяют печатать электронные микросхемы непосредственно на поверхности кожи. Эта практика пока не получила массового распространения, но в будущем их можно использовать, например, как антенны.
Инженеры Motorola придумали для электронных татуировок ещё одно применение: их можно использовать при разговоре по мобильному телефону. Патент под названием “Coupling an Electronic Skin Tattoo to a Mobile Communication Device”, поданный на оформление в мае текущего года, описывает татуировку на коже как «систему для обеспечения вспомогательного голосового ввода в устройство мобильной связи». Другими словами, татуировка может работать как микрофон, улавливая вибрации голосовых связок в гортани.
Рисунок 7. Татуировка-микрофон на шее
Снимая вибрации с горла, можно получить очень хороший звук, который полностью очищен от фоновых шумов. Например, на большом стадионе или в экстренной ситуации при реве сирен человеку больше не придется кричать в трубку. Можно говорить совершенно спокойно – и собеседник будет слышать только его голос.
Так же в будущем электронные татуировки можно использовать для биометрической аутентификации, в качестве идентификационного маркера или визитки.
Рисунок 8. Электронная татуировка
Такие татуировки будут наделены своеобразной задачей – идентифицировать каждого конкретного человека. Иными словами, татуировка — это носитель персональной личной информации гражданина (подобным образом работают микрочипы, вживляемые некоторым животным (иногда и людям) для возможности последующего отслеживания их местоположения и идентификации). Помимо очевидных преимуществ данной технологии, у неё имеется и несколько важных минусов: благодаря функции считывания и передачи информации, каждую татуировку или чип, соответственно, и его носителя, можно будет отследить. Т.е. можно будет легко определить его местоположение. Все чипированные люди не смог даже при яром желании затеряться в масштабах целой планеты Земля. Готовы ли люди пойти на такое "прозрачное" будущее, когда за каждым твоим шагом наблюдают?
P2P
В связи с увеличением количества передаваемого трафика, возникает проблема эффективности нынешнего интернета, которая может быть решена переходом на систему P2P. Одноранговая, децентрализованная или пиринговая (от англ. peer-to-peer, P2P – равный к равному) сеть – это оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. Часто в такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и выполняет функции сервера. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. В будущем можно будет отказаться от серверов, потому что это «бутылочное горлышко», самый ненадежный элемент интернет-инфраструктуры. Гораздо лучше, если все пользователи будут передавать информацию по цепочке друг другу, через свои промежуточные узлы. Такова идея проекта PURSUIT.
Рисунок 9. Принцип работы архитектуры клиент-сервер и клиент-клиент
Самое интересное в системе Pursuit – это способ, которым она будет идентифицировать контент. Вместо того чтобы использовать для этого web-адреса, как это делается сейчас, данные будут подвергаться процедуре "снятия отпечатков пальцев", по результатам которой и будет определяться аутентичность их источника. Группа разработчиков системы Pursuit уже продемонстрировала приложения, сделанные в порядке экспериментальной проверки концепции, которые могут находить нужный контент описанным выше способом.
Рисунок 10. Плавное внедрение P2P
Технический руководитель проекта Pursuit Дирк Троссен отметил тот факт, что средства хранения данных современных мобильных устройств значительно превосходят по объему память настольных компьютеров, которыми мы пользовались 10 лет назад. Указав также на массовое распространение взаимосвязанных устройств хранения данных, Дирк Троссен сказал, что ключевую роль при разработке системы Pursuit сыграл все возрастающий потенциал концепции распределенного хранения: "К каждому информационному объекту можно адресоваться индивидуально при помощи других возможно очень больших объектов или (что более вероятно) при помощи меньших по объему "кусков" каких-то более крупных объектов. Следовательно, я могу собирать более крупные объекты, набирая такие "куски", – подобно концепции одноранговых (P2P) систем, реализуемой на уровне применяемого в настоящее время сетевого протокола (и делающей его чрезвычайно эффективным). Имея это в своем распоряжении, я могу рассчитывать на любое хранилище данных, которое содержит требуемую мне информацию (или даже ее "кусок"). При этом тот факт, что некоторое хранилище данных меньше по объему, чем другие, реального значения не имеет".
А что можно сказать об ограничениях по объему данных и длительности работы устройства от аккумулятора? В этом плане г-н Троссен указал, что совсем необязательно предоставлять возможность другим людям брать ваши данные все время, поскольку они могут получать их и из других источников. "Такая "диффузия" легко реализуется при помощи простых правил, которые должны действовать в каждом из оконечных устройств, в то время как сеть на очень низком уровне (по сравнению с P2P-системами) будет заниматься доставкой данных сама".
Семантическая паутина
HTML-страница описывает как представить информацию визуально в Веб-браузере и трудно поддаётся смысловому анализу компьютерами. Для неё невозможно автоматизировать даже такие тривиальные задачи, как нахождение людей, проектов, программ в Интернете.
Технология Семантический Веб (Semantic Web) позволяет компьютеру интерпретировать информацию в Вебе наравне с людьми, для чего разработана графовая модель описания ресурсов RDF (Resource Description Framework), которая является спецификацией W3C. Под семантикой данных будем понимать возможность формального описания смысла передаваемых данных, делая их независимыми от приложений. Это особенно важно в контексте рассматриваемых нами перспектив развития Интернета – побеждает тот, у кого есть данные. Может быть очень много приложений, сайтов, сервисов, но сами по себе они будут очень мало чего значить. Будут выигрывать те, кто сможет предоставлять свой контент в любом, удобном пользователю контенте.
 Рисунок 11. Принцип работы семантической паутины в отличие от стандартной WEB
Семантическая паутина – это надстройка над существующей Всемирной паутиной, которая призвана сделать размещённую в ней информацию более понятной для компьютеров. Машинная обработка возможна в семантической паутине благодаря двум её важнейшим характеристикам:
• Повсеместное использование унифицированных идентификаторов ресурсов (URI), широко известных как адреса. Традиционно в Интернете эти идентификаторы используются для установки ссылок на адресуемый объект (например, веб-страницу, файл или ящик электронной почты). В семантической паутине URI используются также для именования объектов, то есть каждый URI однозначно называет некоторый объект. Свои URI в семантической паутине есть не только у страниц, но и у объектов реального мира, и даже у абстрактных понятий. Поскольку URI глобально уникальны, они позволяют называть одни и те же предметы в разных местах в семантической паутине. При этом URI протокола HTTP можно одновременно использовать как адреса документов, содержащих машино-читаемые описания этих предметов.
• Использование семантических сетей и онтологий. Современные методы автоматической обработки данных, доступных в Интернете, как правило, основаны на частотном и лексическом анализе текстового содержимого, которое прежде всего предназначено для восприятия человеком. В семантической паутине вместо этого используется стандарт RDF, описывающий семантические сети (графы), в которых узлы и дуги имеют URI. Утверждения, кодируемые с помощью RDF, в дальнейшем можно интерпретировать с помощью онтологий, созданных по стандартам RDF Schema и OWL, чтобы получать из них логические заключения. В основе онтологий лежат математические формализмы, называемые дескрипционными логиками.
Заключение
Прогресс не заставит себя ждать, и со временем сети всё глубже и глубже будут входить в нашу жизнь, открывая всё большие и большие возможности для коммуникаций. В конечном счёте сети уже являются неотъемлемой частью нашей жизни.
Литература
1. Билл Гейтс Дорога в будущее. – М.: Русская Редакция, 1996. – 312 с.
2. Проект PURSUIT. В Кембридже создают интернет без серверов, 2013 г. // Хакер 1999-2013 гг. – Режим доступа: http://www.xakep.ru/post/61543/
3. Motorola патентует татуировки на шее (для улучшения связи) , 2013 г. // Хакер 1999-2013 гг. – Режим доступа: http://www.xakep.ru/post/61562/
4. Семантическая паутина — что мы можем делать уже сейчас, 2009 г. // habrahabr.ru 2006–2013 гг. – Режим доступа: http://habrahabr.ru/post/79371/
5. Семантическая сеть. Википедия, свободная энциклопедия. — http://www.ru.wikipedia.org/wiki/Семантическая_сеть (дата обращения: 10.11.2013). |
