Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рисунок 1- Спектр поглощения атмосферы вблизи λ = 0,87 мкм

На рисунке 1 в качестве примера приведен спектр атмосферы вблизи длины волны излучения рубинового лазера λ = 0,87 мкм. Имеются количественные измерения коэффициента поглощения практически для любых участков спектра. Если длина волны лазера известна, то поглощение его излучения может быть заранее определено для любых реальных условий в атмосфере.

Если лазерное излучение попадает в центр сильной линии спектра, то оно поглощается атмосферой на 100% даже на небольшом расстоянии. Поэтому для АОЛС следует брать лазеры с излучением, находящимся на участках спектра атмосферы, занятых широкими окнами прозрачности или в промежутках между слабыми линиями поглощения, в микроокнах прозрачности. При этом частота излучения должна быть стабилизирована с достаточно высокой точностью, особенно если она находится на близком расстоянии от линии поглощения газов.

Помимо молекулярного поглощения распространению луча мешает молекулярное рассеяние лучистой энергии микросгустками молекул воздуха, обладающих различной плотностью и разными показателями преломления. Эти неоднородности в газовой среде весьма нестабильны и зависят от местных температурных условий, времени года и суток, а также от содержания примесей в каждой конкретной микрозоне атмосферы. Молекулярное рассеяние достаточно хорошо изучено. Составлены обширные таблицы коэффициентов рассеяния в видимой и инфракрасной областях спектра, обеспечивающие достаточно точный количественный расчет потерь энергии излучения на заданном расстоянии. Этот тип рассеяния не оказывает существенного вреда АОЛС в отличие от аэрозольного рассеяния, которое будет рассмотрено ниже.

Атмосфера представляет собой механическую смесь из газов, паров, капель жидкости и твердых частиц. В ней всегда в переменном количестве присутствуют пыль, дым, кристаллики льда. Поэтому атмосфера является аэрозолем, состав которого непрерывно изменяется из-за перемешивания. Говоря об аэрозольном рассеянии в общем, имеют в виду аэрозольное ослабление, обусловленное не только рассеянием, но и поглощением излучения частицами аэрозоля.

Все типы атмосферных аэрозолей можно объединить в следующие основные классы: облака, туманы, дымки, морозь и осадки - дождь или снег. В облаках и туманах наиболее вероятное значение радиуса частиц составляет 5-6 мкм, а в дымках на 1-2 порядка меньше. Поэтому ослабление микронного излучения в дымках ниже.

При этом теоретически и экспериментально показано, что ослабление сигнала при дожде и снегопаде меньше, нежели при тумане. На рисунке 2 приведены кривые ослабления лазерного сигнала в различных аэрозолях по данным Информационно-технологического центра.

Рисунок 2 - Зависимость ослабления света в аэрозолях от расстояния при различных метеофакторах

снег средней плотности (МДВ 1км)

сильный дождь (40 мм/ч)

снег небольшой плотности (МДВ 1,5км)

дождь интенсивностью 20 мм/ч

дымка (МДВ 2 км)

граничный уровень 60 дб

Из рассмотрения рисунка 2 видно, что главными ограничителями дальности ОАЛС являются густой снег и густой туман, для которых аэрозольное ослабление максимально.

На распространение лазерного луча сильное влияние оказывает также турбулентность атмосферы, то есть случайные пространственно-временные изменения показателя преломления, вызванные перемещением воздуха, флуктуациями его температуры и плотности. Поэтому световые волны, распространяющиеся в атмосфере, испытывают не только поглощение, но и флуктуации передаваемой мощности.

Турбулентность атмосферы приводит к искажениям волнового фронта и, следовательно, к колебаниям и уширению лазерного пучка и перераспределению энергии в его поперечном сечении. В плоскости приемной антенны это проявляется в хаотическом чередовании темных и ярких пятен с частотой от долей герца до нескольких килогерц. При этом иногда возникают замирания сигнала (термин заимствован из радиосвязи) и связь становится неустойчивой. Замирание наиболее сильно проявляется в ясную солнечную погоду, особенно в летние жаркие месяцы, в часы восхода и захода солнца, при сильном ветре.

Самым простым способом борьбы с замираниями является увеличение размера приемной оптической антенны или использование нескольких приемных антенн (до 8). При этом происходит усреднение флуктуаций излучения, принимаемого отдельными элементами, и выравнивание сигнала. Другой способ заключается в некогерентном сложении в одном канале излучения нескольких лазеров.

При практическом использовании лазеров в системах атмосферной связи необходимо учитывать совокупное влияние взаимодействия излучения с атмосферой - одновременно поглощающей, рассеивающей и случайно неоднородной средой. Это влияние может изменяться в чрезвычайно широком диапазоне. Поэтому для обеспечения работоспособности АЛС на заданной дистанции с определенным уровнем надежности (или доступности канала) необходимо иметь достаточный динамический запас энергетического потенциала.

1.3 Применение ОАЛС в местной первичной сети

Типичным вариантом применения АОЛС является объединение пользователей внутри здания с помощью проводных технологий (витой пары, коаксиального кабеля) и связь между сегментами ЛВС в различных зданиях с помощью открытой оптической линии (рисунок 3)

Рисунок 3 Использование АОЛС для связи сегментов ЛВС

Канал АОЛС реализует физическую среду передачи данных и прозрачен для программного обеспечения (далее ПО) станций сети. Это позволяет использовать любое ПО, обеспечивающее передачу данных в том сегменте сети, в которую включен канал АОЛС. Однако необходимо разработать программу мониторинга параметров АОЛС, которая будет с оборудованием АОЛС, получать информацию о ее состоянии и управлять ее параметрами в соответствии с командами пользователя. Для этого в оборудовании АОЛС должен быть предусмотрен отдельный интерфейс. Очевидно, при использовании АОЛС невозможен компромисс между дальностью передачи и доступностью канала. В этом случае необходимо применять мощные передатчики и высокочувствительные приемники или резервирование с помощью другого канала. Например, в качестве резерва для высокоскоростной АОЛС может использоваться более медленный проводной канал.

Рассмотрим схему подключения канала АОЛС к ЛВС или отдельной ЭВМ. Один из возможных вариантов представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 Один из вариантов подключения канала АОЛС между двумя подсетями ЛВС

При простейшей реализации канала АОЛС он прозрачен на физическом уровне и представляет собой просто “удлинитель” среды передачи, т.е. передатчик АОЛС выполняет только простейшее преобразование сигналов (например, напряжение в мощность оптического сигнала), не затрагивая даже способ кодирования. Приемник выполняет обратное преобразование. Таким образом, обеспечивается минимальная задержка в распространении сигнала (порядка нескольких битовых интервалов), а весь контроль корректности и защиты передачи ложится на узлы сети. В этом случае канал АОЛС может совсем не иметь цифровых схем и представлять аналоговый модулятор (передатчик) и усилитель (приемник) с соответствующим оптическим оборудованием. В более сложном случае канал АОЛС, обеспечивая прозрачность на физическом уровне, дополнительно выполняет некоторые интеллектуальные функции:

- перекодировку сигнала. Представление последовательного сигнала, поступающего на вход передатчика, в другом коде с повышения надежности передачи и снижения требования к пропускной способности канала;

- повышение надежности передачи за счет перекодирования в код с большей избыточностью или за счет повторной отправки поврежденных пакетов;

- шифрование информации;

- мультиплексирование нескольких каналов.

В этом случае задержка, вносимая каналом, существенно возрастает.

Еще один вариант - это использование АОЛС на канальном уровне или сетевом уровне системы связи. В этом случае устройства АОЛС реализуют функции коммутатора или маршрутизатора. Это увеличивает сложность оборудования АОЛС, но позволяет более гибко управлять передачей. Очевидно, что задержка, вносимая каналом в этом случае, максимальна.

2 Общесистемное проектирование линии связи

При выборе стандарта связи, в соответствии с которым будет функционировать система атмосферной оптической связи, необходимо учитывать тот факт, что система будет использоваться для связи компьютеров, создания локальных сетей и т.п. Выбор цифрового вида связи удобен для обеспечения обмена данными между устройствами вычислительной техники.

На данный момент разработана целая серия протоколов канального уровня, предназначенных для беспроводных средств связи и способных автоматически восстанавливать канал после кратковременного обрыва. Непрерывность потоков данных обеспечивается протоколами более высокого уровня (например, TCP/IP). Некоторые модели лазерных модемов имеют совмещенные интерфейсы к сети Ethernet и потокам Е1. В результате одна атмосферная линия связи может соединить ЛВС и телефонные сети зданий без использования мультиплексора.

При выборе скорости передачи данных в ОАЛС необходимо учитывать следующее: какие скорости передачи информации уже используются в подобных системах и какое значение скорости удовлетворит пользователя для обеспечения передачи того или иного объема информации.

2.1 Технические требования к проектируемой системе

В соответствии с заданием, необходимо обеспечить обмен данными между филиалами магазина в черте города, расположенными на расстоянии не более 1 км.

Требуется обеспечение надежности связи в течение года на уровне 0,96.

В разрабатываемом проекте АОЛС нужна для обмена данными между главным офисом (магазином) и складами. Регулярный трафик между объектами не превышает 100 Мбит в час. По статистике, телефонные переговоры между магазином и каждым из складов занимают ежечасно в совокупности не более 10 минут, число параллельных связей – не более 3. Учитывая малую загрузку линии, можно ограничиться скоростью передачи информации в АОЛС, равной 10 Мбит/с.

Согласно стандартам, максимально допустимая ошибка передачи данных в линии должна быть менее 1.10^-9 .

2.2 Описание локальной вычислительной сети

В состав локальной сети входит следующее оборудование:
1) активное оборудование – коммутаторы (3 шт), мультиплексор (4 шт), автоматическая телефонная станция (1шт).
2) пассивное оборудование – кабель - витая пара (500 м с учетом запаса), кабельные каналы (250 м).

3) компьютерное и периферийное оборудование – сервер, рабочие станции (7 шт), принтеры (4 шт), сканеры (4 шт), телефоны (5 шт).

Распределение оборудования ЛВС по обьектам:

• В главном магазине «Партнер» по адресу ул.Димитрова, 11: компьютерное и периферийное оборудование – рабочие станции (4 шт), принтеры (2 шт), сканеры (2шт). Активное оборудование: коммутаторы (1 шт), мультиплексор (2 шт), сервер (1 шт), автоматическая телефонная станция (1 шт), телефоны (3 шт).

• В магазине «Партнер-Помощник», расположенном по адресу ул.Вокзальная 41: компьютерное и периферийное оборудование – рабочие станции (2 шт), принтеры (1 шт), сканеры (1 шт). Активное оборудование – коммутаторы (1 шт), мультиплексор (2 шт), телефоны (1 шт) .

• На складе магазина «Партнер», расположенном по адресу ул.Вокзальная 32, кор.5: компьютерное и периферийное оборудование – рабочие станции (1 шт), принтеры (1 шт), сканеры (1 шт). Активное оборудование – коммутаторы (1 шт), мультиплексор (2 шт), телефоны (1 шт).

Упрощенная схема ЛВС представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 Упрощенная схема ЛВС

2.3 Выбор мест размещения приемо-передающего оборудования АОЛС

Фирма «Партнер» имеет ряд зданий в городе Комсомольске на Амуре. Объединить в общую ЛВС нужно подразделения, которые находятся по адресам:

ул.Димитрова д.11 – главное торговое здание.

ул.Вокзальная д.41 – Магазин «Партнер-помощник».

ул.Вокзальная д.32 к.5 – Склад.

Здания расположены на расстоянии 500-1000 м друг от друга. Общая схема расположения объектов с нанесенными проекциями ОАЛС приведена на рисунке 6.

Объект №1 - главное торговое здание ул. Димитрова д.11, двухэтажное нежилое здание общей площадью 1200кв/м, высотою 9 метров, с двускатной крышей, выполненной из металлочерепицы. Модуль ОАЛС установлен на торце торгового здания. На данном объекте установлены 2 модуля ОАЛС объединенных коммутатором, обеспечивающим надежную коммутацию и маршрутизацию информационных потоков. Расстояние между установкой ОАЛС и мультиплексором составляет 50-100 м, что удовлетворяет необходимым условиям построения сети.

Характеристики

Список файлов ВКР