Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 40
Текст из файла (страница 40)
2.11. Диапазоны ISM и U-NII, используемые в США беспроводными устройствамиТакже суматоха наблюдается вокруг диапазона 60 ГГц. В 2001 году FCC открылаполосу от 57 до 64 ГГц для нелицензированного использования. Это огромная частьспектра, размер которой превышает все прочие диапазоны ISM вместе взятые, поэтомуона вполне может справиться с обслуживанием высокоскоростных сетей и такимизадачами, как беспроводная пересылка данных телевидения высокой четкости от одного устройства к другому в пределах вашей гостиной. На частоте 60 ГГц радиоволныпоглощаются кислородом.
Это означает, что сигналы неспособны распространятьсядалеко и, следовательно, возможна работа только в сетях малого радиуса действия.Высокие частоты (60 ГГц — это чрезвычайно высокая частота, EHF, или «миллиметровый» диапазон, прямо под инфракрасным излучением) первоначально были довольносложными для освоения производителями оборудования, однако сегодня продукцияуже завоевала рынок.2.3.4. Передача в инфракрасном диапазонеИнфракрасное излучение без использования кабеля широко применяется для связина небольших расстояниях.
Дистанционные пульты управления для телевизоров,видеомагнитофонов и стереоаппаратуры используют инфракрасное излучение. Ониотносительно направленные, дешевые и легко устанавливаемые, но имеют один важный недостаток: инфракрасное излучение не проходит сквозь твердые объекты (попробуйте встать между телевизором и пультом). Мы начали с рассмотрения длинныхрадиоволн и постепенно продвигаемся к видимому свету, и уже инфракрасные волнымало напоминают радиоволны и ведут себя, как свет.2.3.
Беспроводная связь 133С другой стороны, тот факт, что инфракрасные волны не проходят сквозь стены, является также и положительным. Ведь это означает, что инфракрасная система в однойчасти здания не будет интерферировать с подобной системой в соседней комнате, —вы, к счастью, не сможете управлять со своего пульта телевизором соседа. Кроме того,это повышает защищенность инфракрасной системы от прослушивания, по сравнениюс радиосистемой.
По этой причине для использования инфракрасной системы связине требуется государственная лицензия, в отличие от радиосвязи (кроме диапазоновISM). Связь в инфракрасном диапазоне применяется в настольных вычислительныхсистемах (например, для связи ноутбуков с принтерами, поддерживающими стандартIrDA (Infrared Data Association, ассоциация инфракрасной передачи данных)), но всеже не играет значимой роли в телекоммуникации.2.3.5. Связь в видимом диапазонеБеспроводниковые оптические сигналы или оптические системы в свободном пространстве использовались в течение нескольких веков. Герой американской войны занезависимость Пол Ревер (Paul Revere) в 1775 году в Бостоне использовал двоичныеоптические сигналы, информируя с колокольни Старой Северной церкви (Old NorthChurch) население о наступлении англичан.
Более современным приложением является соединение локальных сетей в двух зданиях при помощи лазеров, установленныхна крышах. Оптическая связь с помощью лазера является сугубо однонаправленной,поэтому для двусторонней связи необходимо на каждой стороне установить по лазеру и по фотодетектору. Такая технология позволяет организовать при очень низкойцене связь с очень хорошей пропускной способностью и относительно высокой безопасностью, так как перехватить узкий лазерный луч очень сложно. Кроме того, такаясистема довольно просто монтируется и, в отличие от микроволновой связи, не требуетлицензии FCC (Федеральной комиссии связи США).Сила и узкий луч являются сильными сторонами лазера, однако они создают и некоторые проблемы. Чтобы попасть миллиметровым лучом в мишень диаметром 1 ммна расстоянии 500 м, требуется снайперское искусство высочайшей пробы.
Обычнона лазеры устанавливаются линзы для небольшой расфокусировки луча. Чтобы ещеусложнить задачу, ветер и температурные изменения способны искажать луч. Крометого, лазерные лучи не способны проходить сквозь дождь или густой туман, хотяв солнечные ясные дни они работают прекрасно. Однако многие из этих факторовтеряют всякую значимость, когда речь заходит о передаче данных между двумя космическими станциями.Один из авторов однажды присутствовал на конференции в современной европейской гостинице, где организаторы заботливо предоставили комнату, полнуютерминалов, чтобы участники конференции могли читать свою электронную почтуво время скучных презентаций. Поскольку местная телефонная станция не желалаустанавливать большое количество телефонных линий всего на три дня, организаторыустановили лазер на крыше и нацелили его на здание университетского компьютерного центра, который находился на расстоянии нескольких километров.
В ночь передконференцией они проверили связь — она работала прекрасно. В 9 часов следующегоутра, в ясный солнечный день связь была полностью потеряна и отсутствовала весь134 Глава 2. Физический уровеньдень. Это повторилось и в последующие два дня. Когда конференция закончилась,организаторы обсудили эту проблему. Как выяснилось, в дневное время солнце нагревало крышу, горячий воздух от нее поднимался и отклонял лазерный луч, начинавшийтанцевать вокруг детектора (рис. 2.12). Этот эффект можно наблюдать невооруженнымглазом в жаркий день на шоссе или над горячим радиатором автомобиля.
Какой изэтого можно извлечь урок? Прилагать усилия нужно не только для решения задачив сложных условиях. Даже в хороших условиях беспроводниковые оптические системы связи необходимо проектировать с учетом возможных погрешностей.Рис. 2.12. Конвекционные потоки мешают работать лазерной системе связи.На рисунке изображена двунаправленная система с двумя лазерамиБеспроводниковая оптическая связь в современных условиях может казаться некой экзотической технологией, но у нее большой потенциал. Мы окружены камерами(распознающими свет) и дисплеями (излучающими свет с помощью светодиодови других устройств).
Обмен данными можно организовать на основе таких дисплеев.Светодиоды будут включаться и отключаться по определенному шаблону, излучаясвет, который человеческий глаз увидеть не в состоянии. Коммуникация при помощивидимого света по своей природе безопасна; в непосредственной близости от дисплеясоздается удобная низкоскоростная сеть. Можно придумать множество причудливыхсценариев с этой технологией в главной роли. Мигающие огни автомобилей экстренных служб могут передавать сигналы на ближайшие светофоры, помогая освобождатьдорогу.
На информационных табло можно выводить карты с данными в реальномвремени. Даже праздничные гирлянды можно будет применить для воспроизведениямузыки синхронно с миганием огоньков.2.4. Спутники связи 1352.4. Спутники связиВ 1950-х и начале 60-х годов люди пытались организовать связь при помощи сигналов,отраженных от металлических метеозондов. К сожалению, мощность таких сигналовбыла слишком мала, и их практическое значение оказалось ничтожным.
Затем ВМФСША обнаружил, что в небе постоянно висит некое подобие метеозонда — это былаЛуна. Была построена система для связи береговых служб с кораблями, в которойиспользовалось отражение сигналов от естественного спутника Земли.Дальнейший прогресс в создании коммуникаций с помощью небесных тел наэтом приостановился до запуска первого спутника связи.
Ключевым отличием искусственной «луны» являлось то, что на спутнике было установлено оборудование,позволяющее усилить входящий сигнал перед отправкой его обратно на Землю. Этопревратило космическую связь из забавного курьеза в мощную технологию.Спутникам связи присущи определенные свойства, делающие их чрезвычайнопривлекательными для самых разных областей применения. Проще всего представить себе спутник связи в виде своего рода огромного микроволнового повторителя,висящего в небе. Он включает в себя несколько транспондеров, каждый из которыхнастроен на определенную часть частотного спектра. Транспондеры усиливают сигналы и преобразуют их на новую частоту, чтобы при отправке на Землю отраженныйсигнал не накладывался на прямой.
Такой режим работы называется «узкая труба»(bent pipe). Можно добавить цифровую обработку, для того чтобы по отдельностиманипулировать или перенаправлять потоки данных в доступном диапазоне. Крометого, спутник может получать и пересылать дальше цифровую информацию. Такойспособ восстановления сигнала улучшает общую производительность по сравнениюс «узкой трубой», так как спутник не увеличивает количество шума в восходящемсигнале. Нисходящий луч может быть как широким, покрывающим огромные пространства на Земле, так и узким, который можно принять в области, ограниченнойлишь несколькими сотнями километров.В соответствии с законом Кеплера, период обращения спутника равен радиусуорбиты в степени 3/2. Таким образом, чем выше орбита, тем дольше период. Вблизиповерхности Земли период обращения вокруг нее составляет примерно 90 минут.
Следовательно, спутники, расположенные на малой высоте, слишком быстро исчезают извида приемо-передающих устройств, расположенных на Земле, поэтому необходимоорганизовывать непрерывные зоны покрытия и устанавливать для их отслеживания наземные антенны. На высоте 35 800 км период составляет 24 часа. А на высоте384 000 км спутник будет обходить Землю целый месяц, в чем может убедиться любойжелающий, наблюдая за Луной.Конечно, период обращения спутника очень важно иметь в виду, но это не единственный критерий, по которому определяют, где его разместить.
Необходимо принимать во внимание так называемые пояса Ван Аллена (Van Allen belts) — областископления частиц с большим зарядом, находящихся в зоне действия магнитного поляЗемли. Любой спутник, попав в такой пояс, довольно быстро будет уничтожен этимичастицами. В результате учета этих факторов были выделены три зоны, в которыхможно безопасно размещать искусственные спутники.
Они изображены на рис. 2.13.Из этого же рисунка можно узнать о некоторых из их свойств. Мы вкратце рассмотримспутники, размещаемые в каждой из этих трех зон.136 Глава 2. Физический уровеньРис. 2.13. Спутники связи и их свойства: высота орбиты, задержка, число спутников,необходимое для покрытия всей поверхности земного шара2.4.1. Геостационарные спутникиВ 1945 году писатель-фантаст Артур С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
