Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Влучшем случае компаниям, выигравшим частоту, требуется несколько лет, чтобы выплатить все свои долги. Совершенно другим подходом является следующий: вообще ие распределять частоты. Пусть каждый работает на той частоте, которая ему больше нравится, но следит за мщцностыо своих передатчиков: она не должна быть такой, чтобы сигналы накладывались друг на друга. В соответствии с этим принципом, было решено выделить несколько частотных диапазонов, называемых 15М (1пбцзгг!а1, 5с!епг!Вс, Мейса1, то есть промышленные, научные, медицинские). Для работы в этих диапазонах не требуется специальной лицензии.
Устройства, открывающие ворота гаража, домашние радиотелефоны, радиоуправляемые игрушки, беспроводные мыши и многие-многие другие устройства работают на 15М. Для уменьшения интерференции между независимыми устройствами, работающими в одном и том же диапазоне, комнссией РСС им предписывается использовать технологию расширенного спектра (см.
ранее). Такие правила принимаются во всем мире. Конкретные диапазоны 15М в разных странах свои. Например, в США устройства мощностью менее 1 Вт могут использовать диапазоны, показанные на рис. 2.11, без получения лицензии РСС. Диапазон 900 МГц — это лучшее, что есть во всем наборе 15М, но он уже перегружен и к тому же доступен ие во всех странах. Диапазон 2,4 ГГц работает в большинстве стран, но подвержен помехам от микроволновых печей и радарных устройств. В этом же диапазоне работает система В!цегоогЬ и некоторые ЛВС стандарта 802.11. Есть еще один, новый стандартный диапазон 5,7 ГГц, но он находится в начальной стадии своего развития, поэтому оборудование для него стоит очень дорого. Однако, поскольку многие сети 802.11 активно используют его, он становится все более популярным.
188 Глава 2. Физический уровень взл мгц 125 мгц Ширина 26 попооы МГц «Ф-Ф. 2,4 2,4635 5,735 ГГц ГГц ГГц Рис. 2.11. Диапазоны !ЗМ в США 5,560 ГГц Частота 902 926 мгц мгц Связь в видимом диапазоне Ненаправленные оптические сигналы использовались в течение нескольких веков. Герой американской войны за независимость Пол Ревер (Рап1 Кочете) в 1775 году в Бостоне использовал двоичные оптические сигналы, информируя с колокольни Старой Северной церкви (014 Хогг)з С1шгс(г) население о наступлении англичан. Более современным приложением является соединение локальных сетей в двух зданиях при помощи лазеров, установленных на крышах. Связь с помощью когерентных волн лазера является сугубо однонаправленной, поэтому для двусторонней связи необходимо на каждой крыше установить по лазеру и по фотодетектору.
Такая технология позволяет организовать связь с очень высокой пропускной способностью при очень низкой цене. Кроме того, такая система довольно просто монтируется и, в отличие от микроволновой связи, не требует лицензии РСС (Федеральной комиссии связи США). Инфракрасные и миллиметровые волны Инфракрасное и миллиметровое излучения без использования кабеля широко применяется для связи на небольших расстояниях. Дистанционные пульты управления для телевизоров, видеомапгитофонов и стереоаппаратуры используют инфракрасное излучение. Они относительно 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 длинных радиоволн и постепенно продвигаемся к видимому свету, и уже инфракрасные волны мало напоминают радиоволны и ведут себя, как свет. С другой стороны, тот факт, что инфракрасные волны не проходят сквозь стены, является также и положительным. Ведь это означает, что инфракрасная система в одной части 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 сравнению с радиосистемой. По этой причине для использования инфракрасной системы связи не требуется государственная лицензия, в отличие от радиосвязи (кроме диапазонов 1ЯМ). Связь в инфракрасном диапазоне применяется в настольных вычислительных системах (например, для связи ноутбуков спринтерами), но все же не играет значимой роли в телекоммуникации.
Беспроводная связь 139 Лазерный пуч бьет мимо детектора Лазер Фотодетектор Район турбуленции Горячий воздух поднимается над крышей Рис. 2.12. Конввкционные потоки мешают работать лазерной системе. На рисунке изображена двунаправленная система с двумя лазерами Узкий луч является сильной стороной лазера, однако он создает и некоторые проблемы. Чтобы попасть миллиметровым лучом в мишень диаметром 1 мм на расстоянии 500 м, требуется снайперское искусство высочайшей пробы.
Обычно на лазеры устанавливаются линзы для небольшой расфокусировки луча. Недостатком лазерного луча является также неспособность проходить сквозь дождь или густой туман, хотя в солнечные ясные дни он работает прекрасно. Тем не менее, автор однажды присутствовал на конференции в современной европейской гостинице, где организаторы заботливо предоставили комнату, полную терминалов, чтобы участники конференции могли читать свою электронную почту во время скучных презентаций. Поскольку местная телефонная станция не желала устанавливать большое количество телефонных линий всего на три дня, организаторы установили лазер на крыше и нацелили его на здание университетского компьютерного центра, который находится на расстоянии нескольких километров.
В ночь перед конференцией они проверили связь — она работала прекрасно. В 9 часов следующего утра, в ясный солнечный день связь была полностью потеряна и отсутствовала весь день. Вечером организаторы опять тщательно проверили связь и снова убедились в ее прекрасной работе.
На следующий день связи опять не было. Когда конференция закончилась, организаторы обсудили зту проблему. Как выяснилось, в дневное время солнце нагревало крышу, горячий воздух от нее поднимался и отклонял лазерный луч, начинавший танцевать вокруг детектора (рис. 2.12). Этот эффект можно наблюдать невооруженным глазом в жаркий день на шоссе или над горячим радиатором автомобиля, Борясь с этим эффектом, астрономы располагают свои телескопы высоко в горах, подальше от атмосферы.
140 Глава 2. Физический уровень Спутники связи В 1950-х и начале 60-х годов люди пытались организовать связь при помощи сигналов, отраженных от металлических метеозондов. К сожалению, мощность таких сигналов была слишком мала, и их практическое значение оказалось ничтожным, Затем ВМФ США обнаружил, что в небе постоянно висит некое подобие метеозонда — это была Луна. Была построена система для связи береговых служб с кораблями, в которой использовалось отражение сигналов от естественного спутника Земли. Лальнейший прогресс в создании коммуникаций с помощью небесных тел на этом 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.
Это превратило космическую связь из забавного курьеза в мощную технологию. Спутникам связи присущи определенные свойства, делающие их чрезвычайно привлекательными 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 которых настроен на определенную часть частотного спектра. Транспондеры усиливают сигналы и преобразуют их на новую частоту, чтобы при отправке на Землю отраженный сигнал не накладывался на прямой.
Нисходящий луч может быть как широким, покрывающим огромные пространства на Земле, так и узким, который можно принять в области, ограниченной лишь несколькими сотнями километров. Последний метод называется трубой. В соответствии с законом Кеплера, период обращения спутника равен радиусу орбиты в степени 3/2. Таким образом, чем выше орбита, тем дольше период. Вблизи поверхности Земли период обращения вокруг нее составляет примерно 90 минут. Следовательно, спутники, расположенные на малой высоте, слишком быстро исчезают из вида приемно-передающих устройств, расположенных на Земле, поэтому необходимо организовывать непрерывные зовы покрытия.
На высоте 35 800 км период составляет 24 часа. А на высоте 384 000 км спутник будет обходить Землю целый месяц, в чем может убедиться любой желакпций, наблюдая за Луной, Конечно, период обращении 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 (Чап А1!еп Ье1гз)— области скопления частиц с болыпим зарядом, находящихся в зоне действия магнитного поля Земли. Любой спутник, попав в такой пояс, довольно быстро будет уничтожен этими частицами.
В результате учета этих факторов были выделены три зоны, в которых можно безопасно размещать искусственные спутники. Они изображены на рис. 2.13. Из этого же рисунка можно узнать о некоторых из их свойств. Мы вкратце рассмотрим спутники, размещаемые в каждой из этих трех зон. Спутники связи 141 тип Задержка, мс Количество спутников Высота, км Е13 ОЕО 270 3 35 000 30 000 25 000 , , йя,я4В(чван:впаяй"" МЕО 35-35 10 5000 явйааз111ачт Вайззйчяадам 0 т-'-"~к-*~~У:-"2Е''3 геО 1 — 7 50 Рис.
2.13. Спутники связи и их свойства: высота орбиты, задержка, число спутников, необходимое для покрытия всей поверхности земного шара Геостационарные спутники В 1945 году писатель-фантаст Артур С. Кларк (АггЪцг 5. С!агке) подсчитал, что спутник, расположенный на высоте 35 800 км на круговой экваториальной орбите, будет оставаться неподвижным относительно Земли. А значит, следить за ним будет гораздо проще (С!агке, 1945). Он развил свою мысль и описал целую коммуникационную систему, использующую такие (пилотируемые) геостационарные спутники. Он описал орбиты, солнечные батареи, радиочастоты и даже процедуры связи.
К сожалению, в конце концов он пришел к неутешительному выводу о том, что такие спутники вряд ли будут иметь практическое значение, потому что на их борту невозможно разместить энергоемкие, хрупкие ламповые усилители. В связи с этим Кларк не стал больше развивать свою идею, хотя и написал несколько фантастических рассказов о подобных искусственных спутниках. Положение вещей изменило изобретение транзистора, и вот в июле 1962 года производится запуск первого в мире спутника связи Те1згаг. С тех пор спутники связи стали многомиллиардным бизнесом и единственным прибыльным делом, связанным с космическими технологиями.
Про спутники, вращающиеся на большой высоте, говорят, что они расположены на геостационарной орбите (СЕО, Сеозгаггопагу ЕаггЪ ОгЪК). Современные технологии таковы, что расположение спутников чаще, чем через каждые 2' в 360-градусной экваториальной плоскости, является нерациональным. В противном случае возможна интерференция сигналов. Итак, если на каждые два градуса приходится 1 спутник, то всего их в экваториальной плоскости можно разместить 360/2 = 180. Сто восемьдесят спутников могут одновременно находиться в небе и вращаться в одной и той же плоскости на одной и той же высоте. Тем не менее у каждого транспондера есть возможность работы на разных частотах и с разной поляризацией, что позволяет увеличить максимальную пропускную способность всей системы. 142 Глава 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
