автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка устройств и систем передачи информации на основе оптоэлектронных атмосферных каналов

На правах рукописи

ДМИТРИЕВ МАКСИМ ВИКТОРОВИЧ

Разработка устройств и систем передачи информации на основе оптоэлектронных атмосферных каналов

Специальность: 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Московском государственном институте электроники и математики (Техническом университете) на кафедре «Вычислительные системы и сети»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, зав.каф. ВСиС МГИЭМ Жданов Владимир Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мырова Людмила Ошеровна,

кандидат технических наук Гритченко Владимир Николаевич

Ведущая организация' Институт проблем передачи информации Российской Академии Наук.

Защита диссертации состоится « 29 » сентября 2005 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.133.06 в Московском государственном институте электроники и математики (Техническом университете) по адресу 109028, Москва, Большой Трехсвятительский пер.,

д.3/12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭМ (ТУ).

Автореферат разослан « _»

2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.133.06 профессор, к.т.н.

Н.Н.Грачев

ЗАЛб-Ч.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

14 9f/ï

Актуальность темы диссертационного исследования обусловлена развитием каналов связи идущих по пути повышения скорости передачи информации, расширения и усложнения решаемых задач, приводящих к усложнению разработки, необходимости осуществления новых методов проектирования, новых технологических процессов создания, широкому поиску эффективных методов их функционирования.

Одной из основных проблем современных вычислительных сетей и телекоммуникаций является проблема "последней мили", то есть доступ и передача информации от ресурсов сети и устройств телекоммуникаций к абоненту. Эффективность ее преодоления связана, прежде всего, с решением целого ряда вопросов в области разработки и перспективных принципов построения вычислительных сетей, исследования работы каналов связи в различных эксплуатационных условиях, а также определение необходимых параметров их надежного функционирования.

Причиной этого является то, что в настоящее время потенциальные возможности телекоммуникационных систем и каналов связи, создаваемых на традиционных радиотехнических принципах, подошли к реальным физическим пределам. Преодоление этих трудностей на современном этапе становится возможным при использовании в качестве носителя информации - оптического излучения.

Всего лишь два-три года назад беспроводные оптические линии рассматривались, скорее, как экзотика. Компании, которые сейчас принято считать мировыми лидерами но атмосферным оптическим линиям передачи данных (PAV Data Systems, fSona Optical Wireless, MRV Communications и другие), давали информацию на весь мир о двух-трех подключенных клиентах, а обстоятельства таких подключений становились предмеюм case-study и анализов экономической эффективности. Сейчас, когда счет успешных инсталляций во всем мире идет на десятки тысяч, а Юго-Восточная Азия и Китай становятся одним из крупнейших полигонов для систем :редачи дан-

ных, или, как ее еще называют, FSO, Free Space Opticall, а в России - оптоэлек-тронные атмосферные каналы (ОАК), стало совершенно понятно, что беспроводные оптические линии востребованы и, следовательно, имеют преимущества при осуществлении определенных задач, в сравнении с друг ими, гораздо более известными технологиями, чьи имена у всех на слуху - xDSL и кабельными модемами, оптоволокном и беспроводными радиолиниями. За рубежом способствуют продвижению технологии все те же лидеры индустрии - PAV Data Systems, fSona Optical Wireless, MRV Communications, AirFiber. В России это такие компании, как «Катарсис» (г.Санкт-Петербург), ОКБ Рязанского приборостроительного завода, «Ирбис» (г.Иркутск), ИППИ РАН (г.Москва) и другие.

Несмотря на имеющиеся работы в этой области, все же вопросы связанные с широким применением ОАК в различных условиях эксплуатации разработаны недостаточно.

В связи с изложенным, тематика диссертационной работы, связанная с применение современных оптоэлектронных каналов, работающих в инфракрасном диапазоне излучения и использующих в качестве среды передачи открытую атмосферу Земли, является актуальной, а полученные в работе теоретические результаты и практические решения имеют важное прикладное значение.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка современных оптоэлектронных атмосферных каналов, обеспечивающих требуемую скорость передачи информации и надежность обмена информацией в условиях воздействия внешних и внутренних помех.

Для достизкения поставленной цели необходимо было решение следующих задач:

• анализ и обоснование эффективности применения ОАК в вычислительных и телекоммуникационных сетях;

• анализ путей повышения эффективности ОАК;

• разработка требований к организации каналов и сетей на основе ОАК;

• разработка схемотехнических решений, позволяющих обеспечить с заданной надежностью работу OAK в требуемых эксплуатационных условиях;

• разработка алгоритма и методики оценки различных вариашов построения оптической системы для безаберрационной оптики и идеальной оптической среды;

• выбор и обоснование необходимого типа кодирования сигнала в канале для повышения помехоустойчивости работы OAK;

• разработка метода измерения и испытаний OAK в заданных эксплуатационных условиях работы.

Методологической и теоретической основой исследования послужило использование методов системного анализа, методов структурного синтеза и программирования, ключевые положения трудов отечественных и зарубежных ученых, посвященных теории передачи сигналов с использованием OAK, публикации по рассматриваемой проблеме, а также данных полученных автором путем теоретических и экспериментальных исследований OAK.

Достоверность научных выводов основывается на сходимости данных, полученных автором в результате макетных и натурных испытаний OAK.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней на основе анализа состояния развития и совершенствования каналов связи, идущих по пути повышения скорости передачи информации теоретически, обоснованы и практически реализованы методы и способы создания среды передачи информации па основе использования современных оптоэлектронных атмосферных каналов, обеспечивающих требуемую надежность в заданных условиях эксплуатации.

На защиту выносятся:

• результаты оценки эффективности применения OAK в вычислительных и телекоммуникационных сетях;

• схемотехнические решения, позволяющие обеспечить работу ОАК с требуемой надежностью передачи информации в заданных эксплуатационных условиях;

• алгоритм и метод расчета параметров ОАК для безаберрационной оптики и идеальной оптической среды;

• способ кодирования сигнала для ОАК, позволяющий обеспечить повышение помехоустойчивой работы канала;

• методика измерения и испытаний ОАК в заданных эксплуатационных условиях работы.

Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные в ней результаты позволяют

• повысить эффективность передачи информации, расширение и усложнение услу! связи,

• повысить конкурентоспособность разработок отечественных оптических атмосферных каналов связи;

• обеспечить возможнос1ь их практического применения.

Реализация и внедрение результатов работы. Полученные в диссертации результаты использованы при создании экспериментальных образцов и ор-I анизации опытного производства ОАК на Красногорском заводе им. Зверева. Методика испытаний использовалась при натурных испытаниях ОАК в Институте проблем передачи информации Российской Академии Наук.

Апробация результатов исследования. Результаты диссертационной работы обсуждались на 2-ой международной конференции в Испании «Information and télécommunication technologies in intelligent system» (Барселона, Испания, 22-29 Мая 2004), 5-й конференции студентов МГИЭМ (Москва, Россия, 1-4 ок1ября 2003 г.). Ряд положений диссертации был использован при подготовке учебного курса «Новые информационные технологии Беспроводная передача данных по оптическому ашосферному каналу» и апробирован в учебном процессе Московского Государственного института электроники и математики (ТУ). Материалы диссертации включены в 4 июювых отчета по

НИР "Интегрированные системы хранения и обработки информации для обеспечения научных исследований, культуры и образования" (за 2001, 2002, 2003, 2004 годы).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ общим объемом » 30 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 34 наименований и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 132 страницы, включая 56 рисунков и 21 таблицу.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации показана и обоснована актуальность выбранной темы диссертации, определены направления исследований.

В первой главе диссертации проведен анализ и обоснована эффективность применения оптических атмосферных каналов в вычислительных и телекоммуникационных сетях.

Оптоэлектронные атмосферные каналы (OAK) используются для передачи потоков аналоговой, цифровой, видео-, аудио и мультимедиа информации в компьютерных сетях. Их целесообразно применять для обеспечения доступа абонента к ресурсам сетей и устройств телекоммуникаций, создания резервного канала и во многих других случаях. Объективные причины выбора решения на основе беспроводных отоэлектронных каналов связи:

• трудность проведения проводного (витая пара, ВОЛС и т.д.) канала при наличии какого-либо препятствия - линии электропередач, железнодорожные пути, водная преграда, автомагистрали и.т.д.;

• трудность инсталляции беспроводного канала на основе радиосвязи, связанной со сложностью получения лицензии на нужную для пользования частоту, нахождения вблизи источника сильного электромагнитного излучения и т.д.;

• высокая стоимость использования спутниковых линий связи из-за нехватки денежных средств.

Отличительными особенностями OAK по сравнению с другими беспроводными и проводными модемами являются:

• быстрая установка (временные затраты на инсталляцию канала составляют несколько часов);

• отсутствие необходимости получать разрешение на использование частоты передачи;

• низкая суммарная стоимость бита передаваемой информации;

• скорость передачи данных до 155 Мбит/с;

• высокая скрытность передачи информации, невозможность пеленгации (без особо сложной аппаратуры, которой оснащены только спецслужбы) - особенно важный фактор, для государственных и правительственных учреждений, военных, коммерческих структур с высокой степенью секретности информации (банки, финансовые учреждения и т.д.).

Перечисленные особенности обуславливаю! необходимость разработки специальных требований к организации каналов и сетей на основе OAK, реализации и проектировании самих приемо/передающих устройств (модемов) в оп-тоэлектронных атмосферных каналах.

В работе предложена обобщенная блок-схема опюэлектронного прибора которая представляет собой сочетание устройств управления, преобразования " электричество - свет (излучатель) ", спи и ческой среды, устройств управления преобразователями, преобразования "свет-электричество" (фотоприемник), устройств формирования выходного сигнала. Реальные современные отоэлек-тронные приборы могут быть представлены той или иной частью блок-схемы рис. 1.

В этом случае, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) может бьпь представлена как "устройство управления" - "излучатель" "оптическая среда" (оптоволокно) - "фотоприемник"- "устройство формирования выходного сигнала", а OAK будет отличаться лишь средой передачи данных (атмосфера) Из этого следует, что, для взаимодействия модулей необходима физическая среда (оптоволокно, атмосфера) на основе которой создается канал передачи

данных, который также включает контроллер управления обменом информации, устройства сопряжения с физической средой, устройства осуществления контроля за передачей информации, состоянием канала и самоконтроля

Усовершенствование характеристик канала сводится при этом к определению факторов, в наибольшей степени влияющих на работу канала.

Важным аспектом является экономический выигрыш от использования и внедрения OAK. Для этого проведена сравнительная оценка технико-экономических показателей OAK и существующих проводных и беспроводных каналов передачи информации. Расчет сделан для OAK работающего на скорости до 155 Мб/с и расстоянии до 2 км.

Результаты оценки приведены в таблице 1. Проведенный анализ показал, что для OAK эта величина составляет: 4 у.е. / Мб/с / месяц, что в два раза меньше, чем у самого дешевого канала из рассмотренных альтернатив и в 80 раз меньше самого дорогого. Это преимущество достигается за счет учета способности света передавать данные на очень высокой скорости и низкой стоимости изготовления самих устройств OAK. Эти стоимостные преимущества OAK настолько существенны, что могут даже незначительно отклоняться не влияя на конечные выводы.

Таблица I. Сравнительные характеристики стоимости использования различных каналов передачи данных

вид доступа скорость стоимость цена ta Мб/с месячная о [ношение стои-

(Мб/с) оборудовании (У *■) стоимость мость/ Мб/с /в

(У.е.) (У.е.) месяц (у.е.)

Dial-Up 0 056 - 20 357

Satellite (DBS) 04 - -• 50 125

Cable Modem 1 5 - -- 50 33

DSL (min) 0 144 -- - 49 340

DS1 (max) g - - 1200 150

l-l 1 54 - - 300 195

T-3 45 - 3000 67

Радио модем

(средняя цена 6 155 45,000 290 1250 8

продавцов)

OAK 155а 155 20,000 130 555 4

Таким образом полученные результаты показывают, что оборудование OAK способно дублировать волоконно-оптические системы связи в городских сетях, особенно в тех случаях, когда прокладка волоконно-оптического кабеля нерентабельна или физически затруднена, кроме того это дает возможность конкурировать со стационарными беспроводными и кабельными сетями при решении проблемы "последней мили". С помощью OAK, компании, временно арендующие помещения, могут использовать его для создания как временных, так и постоянных каналов связи между зданиями и соединять свои локальные сети (LAN-to-LAN). Применение OAK также выгодно при организации временных каналов связи на период проведения соревнований, высгавок, конференций и т.д..

Во второй главе решаются задачи разработки схемотехнических решений необходимых для обеспечения работы OAK в требуемых эксплуатационных условиях.

В результате исследования работы OAK в заданных условиях эксплуатации, определено, что общий коэффициент передачи (1), от которого зависят параметры работы OAK, определяется коэффициентом передачи составных частей симплексного OAK, приведенного на рис. 2

(!)

г-1

где Ко - коэффициент передачи OAK; К,- коэффициент передачи составных блоков оптоэлектронного атмосферного канала: излучающий диод (передатчик), фотодиод (приемник), передающая среда. Блок передатчика

Входные данные —

Выходные данные

ДЕМОДУЛЯТОР

Блок приемника

ИД (излучающий диод) ОПТИЧЕСКАЯ СИС1ЬМА ПЕРЕДАТЧИКА

........

ПРСДУСИЛ-ИГЕЛЬ ФД (фотодиод) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРИЕМНИКА

а

"Э

и о

о §

3

a

а

••о

a к

Рис. 2 Составные части симплексного OAK

В результате анализа полученных данных от испытаний канала были установлены причины ухудшения работы OAK - за счет повышенной температуры и ионизирующего гамма-излучения. Для борьбы с ними был разработан ряд оригинальных схем и решений, в частности:

1. Для борьбы с влиянием повышенной температуры разработана схема компенсации токов утечки фотодиода приемника с помощью включения «компенсирующего» фотодиода рис 3. На рис. 4 показаны полученные зависимости напряжения логической единицы ПОУ от температуры окружающей среды при наличии или отсутствии на его входе компенсирующего фотодиода.

ФДО / \) м *

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема ПОУ с включенным «компенсирующим» фотодиодом

Рис. 4.-без компенсирующего фотодиода;

---с компенсирующим фотодиодом;

.......с компенсирующим освещенным инверсно

фотодиодом

Анализ полученных зависимостей рис.4 показывает, что наличие на входе компенсирующего фотодиода позволяет добиться устойчивой работы устройства при повышении температуры до 150 °С, в то время как без него, только до 85 "С, таким образом повышение температуры практически в 1,7 раза.

2. Для борьбы с возможным воздействием ионизирующего излучения (ИИ), разработана схема отжигающего передающего устройства восстанавливающего оптическую мощность излучения при воздействии ИИ

Разработанное передающее устройство, в котором для разрушения дефектов, возникающих при воздействии ИИ, используется «отжигающий» импульс тока представлено на рис 5.

Рис. 5. Структурная схема отжигающего передающего оконечного устройства

3. Основным требованием, которому также должны удовлетворять схемы приемника OAK, является обеспечение усиления тока фотоприемника до уровня необходимого для работы формирователя во всем диапазоне температур. Этого можно достичь за счет использования схем трансимпедансных усилителей повышенной чувствительности и быстродействия Усилитель представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока (УПТ) с обратной связью Входной сигнал снимается с резисторов и, благодаря их последовательному включению, достигается уменьшение значения паразитной емкости. Для обеспечения малого уровня собственных шумов и малого время перезаряда емкостей переходов транзисторов, применен специальный каскад работающий при

12

низком уровне питающего напряжения - это составной эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторах р-п-р и п-р-п Первый каскад УПТ выполнен на полевом транзисторе. Цепочка обратной связи служит для компенсации полной входной емкости и рассчитана таким образом, что входная постоянная времени уменьшается в 6 раз Во столько же раз увеличивается и полоса пропускания УПТ.

Таким образом, наличие повторителей и, описанной выше, цепи обратной связи определяет трансимпедансную функцию УПТ и в конечном итоге основные требования предъявляемые к передатчику OAK-

• согласование входных уровней сигналов с ТТЛ и МОП микросхемами;

• стабильность работы излучающих диодов при воздействии эксплуатационных факторов;

• быстродействие излучающих диодов при действии управляющих сигналов;

• повышение помехоустойчивости входных цепей передатчика.

Силовой коммутатор тока ИД построен на основе двухтактных ключевых

схем, выполненных на МДП-транзисторах с вертикальной структурой.

В третьей главе описана разработанная методика оценки различных вариантов построения оптической системы для безаберрационной оптики и идеальной оптической среды.

ОГир

ОСпер

Оср

!

Л пер

1 ' *

j /

Fnep I ■ Fnp

Рис. 6 Схематический вид оптической атмосферной приемо-передающей системы

Где: ИИ - источник излучения, излучающий диод с длиной волны излучения X = 0,85 -ь 0,87 мкм.; Лпгр - линза оптического передатчика; Оср - оптическая среда; ОСпер - оптическая система передатчика (ИИ + Лпер); Лпр - линза оптического приемника; ФПУ - фотоприемное устройство (8, - фотоприемник + ФП + усили гель-формирователь); ОСпр-оптическая система фотоприемника (Лпр + ФПУ).

Методика расчет параметров оптической системы заключается в следующем:

А) Определение доли излучаемой ИИ мощности, попадающей на ФП. Для того, чтобы реализовать получение максимальной мощности даже при безаберрационной оптике и абсолютно прозрачной среде, необходим обоснованный выбор параметров оптической системы с учетом конкретных параметров ее активных и пассивных элементов. С этой целью проведен машинный расчет для двух конструктивных вариантов передающей части ОС:

Вариант 1. Источник излучения - излучающий диод; оптическая система: передающая часть - объектив; приемная часть - объектив

Вариант 2 Источник излучения - матрица излучающих диодов (4 х 4); оптическая система: передающая часть - матрица объективов (4 х 4); приёмная часть - объектив.

При расчете использовались следующие параметры конструктивных элементов ОС:

Бш, = 0,4 мм; Опер = 0,1 м; (8пер = 7,85-10 3 м2). Для варианта матричного излучателя Омер - внешний размер матрицы линз. Опр > 0,12 м; (8пр = 1,1310"3 м2); 2итах =120°; Ь =1,0 км; Рий = мощность одного излучающего элемента. Для матрицы 4 х 4: Рш ттр. = Р„, 16.

Б) Разработка алгоритма поэтапного расчета, включающего промежуточные параметры, позволяющие оценить степень приближения параметров реальной конструкции ОС к наилучшему возможному результату.

Алгоритм расчета включает:

1. Определение доли полного светового потока (Аохи) источника излучения, которая охватывается линзой приемника.

1 1 Определение угла охвата линзы передатчика по формуле'

Д..

i/,u, = arctg

\ j

(2)

] .2 В случае для пространственной формы фотометрического тела или индикатрисы ИК-кр , коэффициент Аохв определяется путем численного интегрирования, которое выполняется по телесному углу, ограниченному диаметром линзы передатчика. Для расчета необходимо знать Uox„ (п 1.1) В частных случаях для коэффициента Аохв можно получить аналитические выражения: при равномерной индикатрисе ИК-кр: Аохв = (Uoxli / lJmax)2 (3)

О'

а при гауссовой индикатрисе. Аом—1-е (4)

2 Определение доли светового потока (Апр), которая перехватывав 1ся линзой приемника, удаленной на расстояние 1.

Зная индикатрису силы излучения, сформированного линзой передатчика, Апр можно также определить путем численного интегрирования Это интегрирование легче выполнить в плоскости линзы приемника Для идеального случая (безаберрационная оптика, Ламбертовый излучатель и т п.) эта индикатриса равномерна. Тогда: А1ф = (Опт„ / Опр)2 (5) Где- О,,,,, - диаметр светового пятна.

ОПГ1, = Ь-0р„сх (6)

Угловая расходимость (2расх определяется формулой элементарной геометрии

Орасх = А / Р. Если Ц,,,, < Опр, то Апр = 1. (7)

3 Определение отношения Рмр / Рии Отношение Р„р / РИ11 определяется как геометрическая сумма потерь излучения во всех элементах оптической системы. Для матричной ошической системы Рмр / Рии умножается на количество элемен гов в матрице. Для идеальной безаберрационной оптики на трассе длиной в 1 км (затухание р сигнала в атмосфере при данном расчете принято рав-

ным "О") это отношение не более 0,2.10"3. При применении реальных элементов в каждом конкретном случае построения системы связи это отношение может лишь уменьшиться, а при неудачном выборе фокусного расстояния и параметров линз передатчика/приемника может снизиться весьма существенно.

Результаты расчета приведены в таблицах 2 и 3. Для удобства сравнения результатов расчета с экспериментальными данными в тех же таблицах приве-

дено расчетное значение интенсивности светового потока в плоскости линзы приемника, нормированное относительно мощности Рии. Таблица 2 Вариант1 кристалл + линза

Гт'р. мм Лоха 2(}расх. Угл.Мин. Дпти, м Апр (Ь0=1 0 км) Рпр/Рпер (Ьо—1.0 км) 1в - 1/стер

20,0 0.725Е+00 66,67 20,0 0.36Е-04 0.262Е-04 0,231Н 04

30,0 0,620Е+00 44,44 13,3 0.81Е-04 0.502Е-04 0.444Е+04

40,0 0.519Е+00 33,33 10,0 0.14Е-03 0.748Е-04 0.661Е+04

50,0 0.430Е+00 26,67 8,0 0.22Е-03 0,968Ь-04 0.855Е+04

60,0 0.356Е+00 22,22 6,7 0.32Е-03 0,115Е-03 0,101 Е+05

70,0 0.296Е+00 19,05 5,7 0,44 Е-03 0.130Е-03 0,114Е105

80,0 0.248Е+00 16,67 5,0 0.58Е-03 0,142 Е-03 0.125ЕЮ5

90,0 0,20911+00 14,81 4,4 0,73 Е-03 0,152Е-03 0.134Е+05

100,0 0,178Е+00 13,33 4,0 0.90Е-03 0.160Е-03 0.141Е+05

150,0 0,901 Я-01 8,89 2,7 0.20Е-02 0.182Е-03 0,161Е+05

200,0 0.533Е-01 6,67 2,0 0.36Е-02 0.192Е-03 0,170ЕН 05

500,0 0.902Е-02 2,67 0,8 0.22Е-01 0.202Е-03 0,179Е+05

1000,0 0.277Е-02 1,33 0,4 0.90Е-01 0.204Е-03 0.180Е+05

2000,0 0.570Е-03 0,67 0,2 0.36Е+00 0.206Е-03 0,182 Е+05

Таблица 3 Вариант2 матрица кристаллов + матрица линз Д„ер=0,025м

Р пер. мм Аохв 2(^расх. Угл. Мин. Дптн, м Апр (Ьо=1.0 км) Рпр/Рпер (и=1.0 км) 1 в-1/стер

20,0 0.248Е+00 66,67 20,0 0.36Е-04 0.499Е-04 0,441Е+04

30,0 0.132Е+00 44,44 13,3 0,81Ь-04 0.601Е-04 0,531 Еч 04

40,0 0,803 Е-01 33,33 10,0 0.14Е-03 0.647Е-04 0.572Е+04

50,0 0.533Е-01 26,67 8,0 0,22 Е-03 0,671 Е-04 0.593Е+04

100,0 0.140Е-0! 13,33 4,0 0.90Е-03 0,706Ь-04 0.624Е+04

150,0 0,628 Е-02 8,89 2,7 0.20Е-02 0,713 Е-04 0,630Е+04

200,0 0.855Е-02 6,67 2,0 0,36Ь-02 0.715Е-04 0.632Е+04

500,0 0.570Е-03 2,67 0,8 0.22Е-01 0,718Е-04 0.635Е+04

На основе данных таблицы 1 и 2, построены зависимости величин фотою-ка от длины канала и ослабления оптического сигнала от расстояния рис. 7 и 8.

Для повышения помехоустойчивой работы OAK проведен анализ и разработка необходимого типа кодирования сигнала в канале. Работа канала зависи! от взаимодействия всех подсистем между собой и возможности корректировать настройки OAK в зависимости от условий среды передачи. Разработанный способ кодирования, объединяет в себе кодирование на основе последовательной передачи битов информации (он очень давно используется в системах связи и зарекомендовал себя как доступный и надежный) и кодирование с использованием относительной фазовой модуляцией (он позволяет с высокой эффективностью использовать канал, но для его работы важно иметь низкие колебания фазы принимаемого сигнала)

В разработанном способе кодирования информация передается блоками по 8 бит. Для кодирования символов логической «единицы» и «нуля» используется абсолютная фазовая модуляция Из блоков формируются пакеты инфор-

17

мации, которые используются для передачи данных с размером пакета 205 байтов. Весь блок разбит па девять участков. Длительность блока составляет 18 мкс. Первый участок используется для передачи символа синхронизации. Данный символ обеспечивает синхронизацию аппаратуры декодера для надежного приема последующих символов информации. Далее располагаются символы информации. Данные символы кодируют бшы информации с младшего по старший.

Символ разбит на три зоны. Первая зона, используется для кодирования логического «нуля», вторая зона, используется для разделения первой и второй зоны третья зона, используется для кодирования логической «единицы». Символ имеет длительность 2мкс. Длительность первой и третьей зоны составляет 200нс, а длительность второй 400нс. При передачи символа, импульс может располагаться только в первой или третьей зоне. Длительности зоны выбрана, исходя из условия, что скважность импульса должна быть не меньше 10нс.

Такой способ передачи логических битов позволяет однозначно определить момеш потери связи, т.к. для передачи любого из битов необходимо получить импульс 0тсу-1с1вие импульса позволяет аппаратуре декодера сигнализировать драйверу об ошибке в канале связи.

Разделение логического «нуля» и «единицы», позволяет однозначно определить какой бит информации передает конкретный символ.

Для обеспечения надежною приема импульса используется следующая методика: при получении синхронизирующего символа, аппаратура декодера начинает вырабатывать последовательности, состоящие из трех импульсов. Пауза между импульсами имеет длительность 25 не и импульс номер 2 соответствует середине принятого импульса. Данная последовательность используется для анализа импульса в первой и третьей зонах. При анализе импульса, декодер фиксирует состояние приемного канала в этих трех временных точках. Если в двух точках есть активный уровень сигнала, то считается, что получен импульс, если активный уровень только в одной точке, то такой импульс отбраковывается.

Использование данной схемы анализа принятого сигнала, позволяет отделить импульсы длительность, которых составляет меньше 50 не , а так же она сохраняет работоспособность при колебаниях длительности импульса до 50 не. Данный способ кодирования сигнала для OAK, позволяет обеспечить повышение помехоустойчивой работы канала

В четвертой главе разработаны методы измерений и испытаний работы OAK при различных условиях эксплуатации.

В цифровых оптоэлектронных атмосферных каналах на вход воздействуют сигналы цифровых уровней, а па выходе формирую 1ся цифровые уровни выходных сигналов. Такой канал в обобщенном виде можно рассматривать как цифровую систему в виде цифровых уровней на выходе при воздействии на ее вход цифровых сигналов с заданными параметрами и0вх, U|BX.

Максимальная скорость передачи информации F„max является важнейшей эксплуатационной характеристикой канала и определяется широкополосно-стыо его оптических элементов приемного и передающего модулей. Параметр F„ max зависит от уровня мощности сигнала, облучающей фотодиод Р,|1Д, и эквивалентного шумового тока 1Ш), действующего на входе усилителя фотосигнала приемного модуля.

Допустимый уровень бессбойной работы Р6С6 или верояшость ошибки (удовлетворительным считается значение 10"9) зависит от соотношения Т^Д,,, -ток фотосигнала на выходе приемного модуля, соответствующий уровню логической еденице.

Вероятность ошибки при передаче информации выражается соотношением

/V,=0,5er/e[(/;/2,82/J (8)

При P6Lfi = 10"9 из (8) получаем (1|ф/1,ю)тш = 11.9.

Мощность сигнала, которая должна поступать на фотоприемник для обеспечения допустимого уровня бессбойной работы, определяется из соотношения РФ„.....^K^PJS^IUKT^I + F^ll'jljwin (9)

1де 8х - чувствительность фотоприемника на длине волны излучающего диода; С1 - эквивалентная емкость, действующая на входе усилителя фотосигнала, включающая и емкость фотодиода; Ру - коэффициент шума усилителя фотосигнала; Кп - коэффициент, учитывающий различие в требуемой полосе при передаче сигнала в форматах без возврата к нулю (БВН) и «Манчестер II» (для первого формата Кп = 0,5, для второго Кп= 1)

На рис. 9 приведена зависимость требуемой минимальной оптической мощности на фотоприемпике от скорости передачи информации при различной емкости на входе приемного модуля.

i ! ✓

¡ 1 <

! / у

;

J * /

/у /У У/ !

*' у s •• /у е ¡ ' i

г V/

!

Ю 100 К, M6.1T/c

Рис.9 Зависимости требуемой минимальной оптической мощности, облучающий фотодиод, от скорости передачи информации при различной емкости на входе усилителя фогосигнала (.....) - CL = 10

пф, (---) - CL = 5 пф, (—) - СЕ = 2 пф

Максимальная скорость передачи информации в системе, оценивается путем сравнения логическим компаратором входной и выходной последовательностей цифровых сигналов на максимальной тактовой частоте с подсчетом числа ошибок за время t = (P^ír). Существующие методы измерения и контроля статических параметров оптических каналов обеспечивают погрешность в пределах 2. .5%; для динамических параметров погрешность измерений находится в пределах 10%.

По разработанным методикам проведена оценка устойчивости оптоэлек-тронных атмосферных каналов при различных эксплуатационных воздействиях.

В качестве кршериальных параметров, по которым оценивались результаты проводимых испытаний, были взяты следующие параметры

1. Для цифрового оптозлектронного канала, вероятность ошибки (Рош), определялась счетчиком ошибок в соо!ветсгвии с расчетной формулой

Р0ш=19£ош/К (10)

где Х0ш - число ошибок; N - число импульсов (при этом величина Рош для цифрового оптоэлектронного канала связи не должна превышать 10"9 )

2. Для аналогово!о OAK, амплитуда напряжения выходного сш нала (Vm), длительность импульса выходного сигнала (химг|) (определялась визуально на экране осциллографа).

Испьпания на устойчивость проводились на трех образцах изделий OAK и трех образцах аналоговых OAK. Результаты испытаний на безо1казность представлены в табл.4.

При проведении испытаний два образца изделий OAK вышли из нормальього режима работы, первый сразу, второй через 10 минут после загрузки в термокамеру с температурой + 85°С. Причины сбоев в работе те же что и при испытании на повышенную температуру окружающей средьг уход частоты в [енерагорном оборудовании передатчика.

На основании проведенных испытаний установлено, что экспериментальные образцы аналоговых OAK соответствуют требованиям по устойчивости к механическим и климатическим внешним воздействующим факторам. Отказов в процессе испьпаний и после не обнаружено. Цифровой отпоэлектронный канал связи типа OAK испытание на соответогвие требованиям по устойчивости к механическим, климатическим внешним воздействующим факторам в основном не выдержал, так как один из параметров - критерий годности - вероятность появления ошибки при приеме сигналов (Рош) - превышает установленную норму Рош ^ 10 9 В процессе работы имели место продолжительные сбои при испьпаниях на вибро-усюйчивоаь, ударную устойчивость устойчивость к повышенной и пониженной температуре окружающей среды, а также полная потеря работоспособности

Ожазы и сбои в работе изделий OAK объясняются следующими причинами

• низкая температурная стабильное гь генераторного оборудования в передающих устройствах вследствие температурного ухода частоты;

• раскручивание крепежных винюв на корпусах оконечных устройств при воздействии вибрации и многократных ударов;

Недостачами оптоэлектронных атмосферных каналов обоих типов следует отметить низкий уровень интеграции схемотехники передающих и приемных устройств, применение в них навесных дискретных элементов (резисторов, конденсаторов), что приводит к неоправданно большим габаритом и массе оконечных устройств, что снижает их надежность при эксплуатации.

Анализ полученных результатов испытаний OAK показывает превосходство аналоговых OAK перед цифровыми OAK при работе в жес1ких эксплуатационных условиях. По это только в условиях применения OAK в бортовых вычислительных сетях.

Таблица 5 Испытания на безотказность

№ образца Т = + 85°С, 1 - 500 часов Критерий оценки работоспособности

OAK № 4 Отказ, образец снят с испытаний Р„ш= Ю'9

OAK № 5 Отказ, образец снят с испьпаний Р„ш= Ю"

Аналоговый В норме тИШ| = 1 мкс, t>„ = 1 В (при R„ = 50 Ом)

По полученным данным, приведены результаты испытаний, подтверждающие работоспособность OAK при воздействии механических и климатических помех, а также даны выводы и рекомендации об оснащении аппаратурой OAK различных обьектов в г. Москве с учетом технико-экономических параметров, позволяющие эффективно решать проблему «последней мили»

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проанализирована и обоснована эффективность применения оптоэлектронных атмосферных каналов (OAK) в вычислительных и телекоммуникационных сетях. Полученные положительные результаты эффективности применения OAK подтверждают актуальность выбранной темы исследования.

2. Обоснован выбор схемотехнических решений необходимых для OAK при работе с повышенной температурой и воздействием ионизирующего гамма излучения. Разработанные решения позволяют повысить быстродействие канала и его устойчивость к помехам.

3. Разработан алгоритм и метод оценки различных вариантов построения оптической системы для безаберрационной оптики и идеальной оптической среды, произведен расчет оптических и электрических параметров ОАК с учетом рассогласования параметров передатчика и приемника, а также ослабления оптического сигнала в атмосфере.

4. Выбран и обоснован необходимый тип кодирования сигнала в канале для повышения помехоустойчивости работы ОАК. В него включена возможность получения необходимой информации для улучшения параметров передачи данных без ошибок.

5. Разработан и апробированы метод измерений и испытаний ОАК, в заданных эксплуатационных условиях работы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

1. Дмитриев М.В. Оптоэлектронные атмосферные каналы передачи данных в вычислительных сетях. Информационные, сетевые и телекоммуникационные технологии. Сборник научных трудов кафедры ВСиС МГИЭМ, Москва, 2001, с.48-57.

2. Дмитриев М.В., Дмитриев В.П. Открытые атмосферные каналы передачи данных. Принципы работы. Описание и решение возникающих проблем при эксплуатации. Information and télécommunication technologies in intelligent system. Сборник докладов в юрой международной научно-технической конференции, Spain, Barselona, 2004, с.65-69.

3. В.П. Дмитриев, В.С.Жданов, М.В. Дмитриев Экспериментальная оценка устойчивости оптоэлектронных атмосферных каналов (ОАК) при различных эксплуатационных воздействиях. Distributed computer and communication networks. Сборник докладов международной научно-технической конференции, Sofia, Bulgaria, 2005, с.262-277.

4. В П Дмитриев, В С Жданов, М.В Дмитриев, И В.Коршунов Анализ подсистем ОАК и выбор системы кодирования ОАК. Информационные, сетевые и телекоммуникационные технологии. Сборник научных трудов кафедры ВСиС МГИЭМ, Москва, 2005, с.7-21

5. В.П, Дмитриев, А В. Блюмин, М.В. Дмитриев, И.В. Коршунов, Ю.Л. Мерзлов Принципы реализации оптоэлектронных атмосферных каналов. Информационные, сетевые и телекоммуникационные технологии Сборник научных трудов кафедры ВСиС МГИЭМ, Москва, 2005, с. 142-163

6. В.ГГ. Дмифиев, В.Н. Гридин, М.В. Дмитриев "Оптоэлектронные приборы, системы и сети" - М.: Радио и связь, 2005, с. 1-302

ш 1 5 5 о г

РНБ Русский фонд

2006-4 12101

Подписано к печати "J7_" 09 2005 г. Отпечатано в типографии МИЭМ. Москва, ул. М. Пионерская, 12 Заказ № 179 . объем п.л. Тираж <00 экз.

Введение.

Глава 1. Анализ эффективности применения оптоэлектронных каналов в информационных системах и сетях, обоснование применения оптоэлектронных атмосферных каналов в интегрированных системах передачи, хранения и обработки информации.

1.1. Анализ систем оптоэлектронных атмосферных каналов.

1.2. Особенности организации вычислительных сетей и ИСХ.

1.3 Тип связей системы обмена.

1.4 Управление передачей информации в канале.

1.5 Технико-экономическое обоснование необходимости применения OAK в ИСХ.

Глава 2. Разработка схемотехнических и системотехнических решений для оптоэлектронных устройств передачи данных.

2.1. Разработка схем и решений для преодоления факторов влияющих на работу оптического атмосферного канала передачи информации.

2.2 Топология сетей на основе OAK.

2.3 Разработка принципиальных электрических схем OAK.

2.3.1 Приемник оптического атмосферного канапа.

2.3.2 Передатчик оптического атмосферного канала.

2.3.3 Силовой коммутатор излучающего ИК-диода.

Глава 3. Принципы программно-аппаратной реализации оптоэлектронных систем.

3.1 Расчет различных вариантов построения оптической системы для безаберрационной оптики и идеальной оптической среды.

3.2 Описание алгоритма расчета.

3.3. Методы и принципы построения оптического атмосферного канала и его подсистем.

3.4 Анализ и выбор системы кодирования.

3.4.1.Анализ структуры кодирования.

3.4.2. Кадр и его элементы.

3.4.3. Протокол передачи информации.

3.5 Разработка конструктивной схемы и рабочих чертежей оптико-механических узлов OAK.

3.6 Инсталляция OAK на объекте.

3.7 Разработка способов борьбы с паразитной засветкой в атмосферном оптическом канале связи.

3.7.1. Оценка мощности наводимого излучения при установка источника на оптической оси за одним из ППМ.

3.7.2. Оценка возможность введения излучения со стороны.

Глава 4. Эксплуатация оптоэлектронных приборов и устройств.

4.1. Система параметров оптоэлектронных приборов.

4.1.1. Система параметров излучающих диодов.

4.1.2. Система параметров фотоприемников для оптоэлектронных приборов и систем.

4.1.3. Система параметров оптоэлектронных атмосферных каналов.

4.2. Методы измерения параметров оптоэлектронных приборов.

4.2.1. Методы измерения параметров излучающих диодов для оптоэлектронных атмосферных каналов.

4.2.2. Методы измерения параметров фотодиодов для оптоэлектронных атмосферных каналов.

4.2.3. Методы измерения параметров цифровых оптоэлектронных атмосферных каналов

4.3 Экспериментальная оценка устойчивости оптоэлектронных атмосферных каналов (OAK) при различных эксплуатационных воздействиях.

4.3.1 Методология проведения испытаний.

4.3.2 Описание контрольно-измерительных установок.

4.3.3 Испытания OAK.

4.4 Разработка методологии испытаний аппаратуры JIAJIC.

4.4.1 Пример тактико-технических характеристик аппаратуры JIAJIC.

4.4.3 Реализация методики испытаний канала в составе ЛВС.

4.4.4. Анализ выбора трассы испытаний и определение выбора позиций для установки JIAJIC.

4.4.5 Оценка параметров кабеля снижения аппаратуры JIAJIC «МОСТ».

4.4.6 Оценка интерфейсного модуля аппаратуры JIAJIC «МОСТ».

4.4.7. Полученные результаты испытаний аппаратуры.

За последние годы в мире достигнут небывалый прогресс в области компьютерных технологий, возросло их повсеместное внедрение во все сферы жизни и деятельности современного общества. На базе компьютерных телекоммуникационных сетей осуществляются дистанционное обучение, широкополосный доступ в Интернет, IP-телефония и т.д. Характер и богатое разнообразие информации, огромные объемы, являются причиной и движущей силой роста производительности телекоммуникационных систем, и компьютерных сетей различного функционального назначения: электронная почта, передача голосовых сообщений, службы новостей, работа с базами данных и т. д.

Основное назначение современных информационных телекоммуникационных и вычислительных систем и сетей - это сбор, преобразование, передача, обработка, хранение и отображение информации. Каждая из перечисленных функциональных составляющих определяется уровнем развития элементной базы и технологического совершенства того или иного оборудования входящего в систему: будь то датчик, преобразователь кода, канал связи, процессор и т.д.

Непрерывный рост уровня интеграции элементной базы аппаратуры, информационных систем, разработка высокоскоростных микропроцессоров (до 1 млрд оп/сек) такими ведущими фирмами как Intel, IBM, Motorola, DEC и других, позволил создать высокоскоростной канал Gigabit Ethernet со скоростью передачи исчисляемой гигабитами информации в секунду.

В настоящее время на многих коммерческих линиях используется скорость передачи в сотни Мбит/с, но уже в ближайшее время ожидается переход на более высокие скорости от 1 Гбит/с и выше.

Сказанное позволяет сделать вывод, что именно элементная база обеспечивает прогресс и формирует облик аппаратуры современных информационных систем и компьютерных сетей.

Смена поколений высокопроизводительных вычислительных машин (ВВМ) происходило в среднем через 4-5 лет, сейчас же этот период сократился до 1-3 года, в данный момент ведется интенсивная разработка элементной базы ВВМ шестого и седьмого поколения на интегральных схемах с высокой степенью интеграции. А также ведутся непрерывные работы над созданием интегральных схем на основе нано технологий, устройств с возможностью использования в своей работе свойств света и на основе различных других физических принципов.

Так, например акустоэлектронные процессоры имеют эквивалентное быстродействие на 2-3 порядка выше обычных микроэлектронных. Такой процессор, изготовленный фирмой Motorola (США) производит 1024 точечных комплексных преобразований Фурье за 5 мс. В США, Японии и ряде европейских стран ведутся разработки оптоэлектронных устройств обработки информации: анализаторов спектра, оптоэлектронных процессоров и т.д. На базе этих устройств уже созданы универсальные оптические вычислительные системы (по своим возможностям намного превосходящие существующие электронные ВВМ с быстродействием 1012 .1014 бит/с). Так как основной фактор, сдерживающий увеличение скорости передачи информации по медным проводам и кабелям - это «скин-эффект», когда при увеличении скорости битов (частоты сигнала) электрический ток в проводнике перераспределяется так, что большая его часть протекает по наружной поверхности, что приводит к повышению собственного электрического сопротивления проводника и затуханию полезного информационного сигнала. За рубежом в сетях относящихся к классу SOHO (small office - home office), т.е. сетях офисного и домашнего применения, широко используется витая пара (ВП) типа 10 BaseT двух типов UTP (Unshielded Twisted Pair неэкранированная ВП) и STP (Shielded Twisted Pair - неэкранированная ВП). ВП описывается совокупностью характеристик - категорий. Типовая длина ВП - 100 м, категория 5 имеет диапазон частот пропускания сигналов 100 Мгц, т.е. обеспечивает скорость передачи до 100 Мбит/с. Раньше использовался еще коаксиальный кабель, но в данный момент он практически не применяется. Еще большую пропускную способность имеет оптический кабель поскольку нечувствителен к электромагнитным помехам, но накладывает дополнительные ограничения на свою гибкость и качество протяжки, а также немаловажную роль играет цена, как за сам кабель, так и за устройства сопряжения (поэтому в сегменте SOHO практически не применяется).

Получается что использование витых пар проводов и коаксиальных кабелей, уже на сегодняшний день накладывает ограничение на быстродействие и максимальную протяжённость информационной сети, а использование оптоволоконного кабеля ограничение по цене.

Использование в качестве коммуникационной среды передачи радио-эфира (РЭ) как решает многие проблемы так и создает другие ограничения которые заключаются в следующем:

• практически полная занятость всех частот существующими радиостанциями, спутниковой, релейной и другими видами радиосвязи как местного, так и глобального назначения;

• чрезвычайно высокая коммерческая стоимость эфирного времени и связанные с ним ограничения выхода в эфир;

• непростая инсталляция антенных систем, большое энергопотребление (особенно при передаче на большие расстояния) - передающих станций и как следствие высокая себестоимость изготовления и эксплуатации;

• низкая помехозащищенность от внешних атмосферных явлений и электромагнитных излучений, от электросиловых объектов, создающих электромагнитный фон в эфире;

• отсутствие скрытности в работе, возможность обнаружения и несанкционированного доступа к информации;

• необходимость защиты от радиоизлучения обслуживающего персонала станции.

Конечно нужно отметить, что не все эти ограничения так критичны для полноценного использования и большинство из этих ограничений активно нейтрализуются и решаются в настоящее время.

В силу проведенного выше анализа сред передачи данных и причин, сдерживающих повышения их быстродействия, становится актуальной задача внедрения в существующие телекоммуникационные системы и компьютерные сети каналов работающих на принципах оптической связи, то есть открытых оптоэлектронных атмосферных каналов (OAK) для сегмента SOHO и оптоволоконных каналов связи, для компаний и организаций, которым необходим высокоскоростной широкополосный доступ. Носителем информации и в том, и в другом канале является световой луч (или поток фотонов), длина волны излучения которого лежит в инфракрасном диапазоне от 0,8 до 2,2 мкм.

Достоинствами построенных на основе ВОЛС и OAK оптоэлектронных информационных сетей являются:

• высокая скорость передачи информации (свыше единиц и десятков Гбит/с);

• отсутствие ограничений на оптический диапазон длин волн (частот), свобода оптического эфира;

• малые габариты оптоэлектронных передающих и приемных систем, их малое энергопотребление;

• высокая помехозащищенность от электромагнитных излучений как внешних, так и внутренних в самой аппаратуре;

• скрытность передачи информации сложность обнаружения и несанкционированного доступа;

• пожаро- и взрывобезопасность в процессе эксплуатации;

• экологическая безопасность.

Из-за отсутствия ограничений на оптический диапазон длин волн и нейтральность последних по отношению друг к другу поясняется уникальная возможность спектрального уплотнения информационных сигналов, передаваемых по оптическому каналу связи и, соответственно скорости передачи до сотен Гбит/с.

Кроме перечисленных достоинств коммуникационные системы и сети, будучи построены на основе OAK, не требует материальных затрат, связанных с прокладкой кабельной сети, что весьма важно для густонаселенных городов с множеством подземных и наземных коммуникаций.

Внедрение оптоэлектронных технологий в существующие корпоративные вычислительные сети позволит решить следующие задачи:

• обеспечение беспроводного доступа к информационным ресурсам;

• организация беспроводной связи между рабочими станциями локальной сети и реализация доступа к ее информационным ресурсам;

• объединение удаленных ЛВС и рабочих станций в единую оптическую сеть, реализация по оптическим каналам удаленного стационарного доступа пользователей ЛВС к сети- Internet и информационным ресурсам со скоростью десяти Гбит/с.;

• обеспечение гибкости топологии сети (при пользовании OAK), когда имеется возможность динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении пользователей без значительных потерь времени;

• использование как резервного канала связи.

Таким образом, внедрение оптоэлектронных технологий в компьютерные сети, использование в коммуникационных системах оптоволоконных каналов и оптоэлектронных атмосферных каналов позволит создать в ближайшее время новое поколение сетей с повышенной надёжностью и быстродействием. Что показывают и статистические данные полученные из США (страна, которая ведет наиболее интенсивные исследования и разработки в этой области). В соответствии с прогнозом, объем продаж продукции оптоэлектроники возрастает с 75 млрд. долл. в 1993 г до 463 млрд. долл. в 2013 г. причем как видно из графика, объем растет экспоненциально и есть все основания полагать, что это продолжится, либо произойдет большой скачек в сторону еще большего увеличения, это может произойти при разработке оптоэлектронных микропроцессоров и микросхем. При этом будет гарантированно значительно возрастать доля функционально законченных изделий оптоэлектроники, существенно будет расти уровень интеграции оборудования, в котором используется оптоэлектроника, например, лазерные принтеры, переносные компьютеры, носители информации и т. д. В прогнозе также представлена динамика объема продаж изделий оптоэлектроники за прогнозируемый период по отраслям промышленности. млрд, доля

500

400

300

200

100

1993

1998

2003

2008

2013

OAK твердотельные носители оптическая память дисплеи волоконно оптические системы связи годы

Рис.1.1 Прогноз динамики развития рынка оптоэлектронных устройств

Именно поэтому рассмотрение задач по реализации OAK и решению целого ряда проблем связанных с этим и посвящена настоящая работа.

Заключение

Проведенная работа и полученные результаты показали перспективы и возможности развития данного типа устройств. На их основе могут создаваться, как резервные каналы в сетях телекоммуникаций, так и выделенные линии для подключения к узлам связи.

Выявленные в ходе разработки и эксперимента решения, на данный момент устраняют многие недостатки данного типа связи, но несомненно остается еще целый ряд вопросов и проблем, которые нужно будет решить в ближайшем будущем. На которые скорее всего будут получены ответы в связи с развитием технологий в целом, а также с возрастанием накопленного опыта разработки и эксплуатации данного типа устройств.

Подводя итог, уже сейчас можно говорить о внедрении и использовании OAK для построения высокоскоростных каналов связи в условиях городской застройки: как приемлемую альтернативу кабельной волоконно-оптической технологии, где особый выигрыш будет в цене; как аналог использования Radio Ethernet особенно в тех случаях, когда длина канала должна превышать 100м. и нет возможности получения разрешения на использование необходимых радио-частот. Краткое сравнение представлено в таблице.

1. Основы расчета параметров оптоэлектронных каналов связи вычислительных сетей: В 3 т. Методические указания по курсу "Распределенные вычислительные системы" / B.C. Жданов, В.П. Дмитриев, В.М. Вишневский и др. / М.: МГИЭМ, 1997.

2. Гребнев А.К., Гридин В.Н., Дмитриев В.П. Оптоэлектронные элементы и устройства. М.: Радио и связь, 1998.

3. Кулик Т. К., Прохоров Д.В. Методика сравнительной оценки работоспособности лазерных линий связи. Технология и средства связи, 2000, №6, с. 8-10.

4. Клоков А.В. Беспроводная оптическая связь Мифы и реальность. Технология и средства связи, 2000. № 6. с. 12-13.

5. Клоков А.В. Беспроводные ИК-технологии, истинное качество "последней мили". Технология и средства связи, 1999, № 5, с. 40-44.

6. Медвед Д.Б. Влияние погодных условий на беспроводную оптическую связь. Вестник связи, 2001, № 4, с. 154-157.

7. Якушенков Ю.Г. Основы теории и расчета оптико-электронных приборов. Учебное пособие для вузов. Изд-во "Советское радио", 1971 г., 336 стр.

8. Красюк Б.А, Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. Вопросы технологии. М.: Радио и связь, 1985.-192 е., ил.

9. Р.А. Казарян, А.В. Оганесян и др. Оптические системы передачи информации по атмосферному каналу. Под. ред. Р.А. Казаряна. Радио и связь, 1985 г-208 е., ил.

10. Гауер Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ.-М.: Радио и связь, 1989 -504 е.: ил.

11. Зуев В.Е. Распространение видимы и инфракрасных волн в атмосфере.-М.: Советское радио, 1970.

12. Ландсберг Г.С. Оптика. Изд. пятое перераб. и доп. М.: Наука, 1976.

13. Зуев В.Е. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере в условиях помех.-М.: Советское радио, 1977.

14. Зуев В.Е. Прозрачность атмосферы для видимых и инфракрасных лучей.-М.: Советское радио, 1966.

15. Шереметьев А.Г., Толпарев Р.Г. Лазерная связь.-М.: Связь, 1974. 17. Оптическая связь: Пер, с япон.-М.: Радио и связь, 1984.-384 е., ил.

16. У. Вольф, Б. Герман, Э. Ла Рокка, Г. Сьютс, Р. Тернер, Р. Хуфнагель Справочник по инфракрасной технике./Ред. У. Вольфа, Г. Цисис. В 4-х тт. Т. 1. Физика ИК-излучения: Пер. с англ.-М.: Мир, 1995.-606 е., ил.

17. Балашов В.П., Гребнев А.К., Дмитриев В.П. Характеристики и методы расчета оптоэлектронных приборов // Итоги науки и техники. Сер. Электроника. М.: ВИНИТИ. - 1989. - Т. 24. - С. 60-80.

18. Вишневский В.М., Дмитриев В.П., Жданов B.C. Основы передачи информации в вычислительных системах и сетях. Учебное пособие.

19. Московский государственный институт электроники и математики. -М-.: МИЭМ, 1998:

20. Волоконно-оптическая связь: Приборы, схемы и системы. Пер. с англ. / Под ред. М. Дж. Хауэса и Д.В. Моргана. М.: Радио и связь, 1982.

21. Каналы передачи данных / Под ред. Шварумана. М.: Связь, 1970.

22. Коган JI.H. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. М.: Энергоатомиздат, 1983.

23. Криксунов JI.3. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. радио, 1978.

24. Норенков И.П., Трудоношин В.Н. Телекоммуникационные технологии и сети. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.

25. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. М.: Сов. Радио, 1977.

26. Оптические системы передачи / Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крумалев и др. / Под ред. В.И. Иванова. М.: Радио и связь, 1994.

27. Основы волоконно-оптической связи: Пер. с англ. / Под ред. Е.М. Дианова. М.: Сов. радио, 1980.

28. Расчет фотоэлектрических цепей / С.Ф. Корндорф, А.Ф. Дубиновский, Н.С. Муромова и др. / Под ред. С.Ф. Кондорфа. М.: Энергия, 1967.

29. Халсалл Ф. Передача данных сети компьютеров и взаимосвязь открытых систем: Пер с англ. / Под. ред. Т.М. Тер-Микаэляна. М.: Радио и связь, 1995.

30. Якушенков Ю.Г. Основы теории расчета оптико-электронных приборов. -М.: Сов. Радио, 1971.

31. Дмитриев М.В. Оптоэлектронные атмосферные каналы передачи данных в вычислительных сетях. Информационные, сетевые и телекоммуникационные технологии. Сборник научных трудов кафедры ВСиС МГИЭМ, Москва, 2001. С.48-57.

32. В.П.Дмитриев, В.С.Жданов, М.В. Дмитриев, И.В.Коршунов Анализ подсистем OAK и выбор системы кодирования OAK. Информационные, сетевые и телекоммуникационные технологии. Сборник научных трудов кафедры ВСиС МГИЭМ, Москва, 2005, С.7-21

33. В.П. Дмитриев, В.Н. Гридин, М.В. Дмитриев "Оптоэлектронные приборы, системы и сети" М.: Радио и связь, 20051. Монтаж аппаратуры OAK

34. Фрагмент результатов испытаний канала в составе ЛВС

35. Испытание канала проводилось с помощью специализированного программного обеспечения Iperf. Сводные данные в зависимости от погоды приведены в протоколах испытаний, таб. Ниже приведен фрагмент журнала испытаний.