Файл: Методические рекомендации по разработке, оформлению и защите дипломных работ, проектов и задач. Спб. Вас, 2013. 10с.docx
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 310
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
1.2 Технология атмосферно-оптических линий связи
1.2.1 Анализ возможностей аппаратуры оптических систем передач
1.2.2 Технические характеристики
1.2.3 Особенности и преимущества.
1.2.4 Недостатки технологии АОЛС/FSO.
1.3 Сравнительный анализ оборудования АОЛС различных производителей
Расчет АОЛС специального назначения
2.1. Анализ факторов, влияющих на функционирование атмосферных оптических линии связи.
3. Формулировка основных требований к оборудованию аосп при построении объектовой сети связи.
3.1. Общая характеристика требований, предъявляемых к военной системе связи.
3.1.2. Требования, предъявляемые к связи.
3.2. Принципы организации связей
3.3 Характеристики системы связи
3.4. Основные требования к оборудованию АОЛС на сетях связи специального назначения
3.4.1 Использование АОЛС в качестве оборудования “последней мили”
3.4.2 Использование АОЛС для связи сегментов ЛВС.
3.4.3 Требования к каналу АОЛС.
3.4.4 Создание магистральных каналов на основе АОЛС.
3.5. Анализ вариантов применения оборудования АОЛС на сетях связи специального назначения.
систем на верхних энергетических уровнях, соответствующих возбужденным состояниями. Первоначально этот способ усиления излучения оказался реализованным в радиодиапазоне, а точнее в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ диапазоне). В мае 1952 г. на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии советские физики Н.Г. Басов и А.М. Прохоров сделали доклад о принципиальной возможности создания усилителя излучения в СВЧ диапазоне. Они назвали его "молекулярным генератором" (предполагалось использовать пучок молекул аммиака).
В 1954 г. молекулярный генератор, названный вскоре мазером, стал реальностью. Он был разработан и создан независимо и одновременно в двух точках земного шара - в Физическом институте имени П.Н. Лебедева Академии наук СССР (группой под руководством Н.Г. Басова и А.М. Прохорова).
Впоследствии от термина "мазер" и произошел термин лазер в результате замены буквы "М" буквой " Л ". В основе работы, как мазера, так и лазера лежит один и тот же принцип - принцип, сформулированный в 1951 г. В. А. Фабрикантом. Появление мазера означало, что родилось новое направление в науке и технике. Вначале его называли квантовой радиофизикой, а позднее стали называть квантовой электроникой.
Спустя десять лет после создания мазера, в 1964 г. на церемонии, посвященной вручению Нобелевской премии, академик А. М. Прохоров сказал: " Казалось бы, что после создания мазеров в радиодиапазоне вскоре будут созданы квантовые генераторы в оптическом диапазоне. Однако этого не случилось. Они были созданы только через пять-шесть лет. Здесь были две трудности. Первая трудность заключалась в том, что тогда не были предложены резонаторы для оптического диапазона длин волн, и вторая - не были предложены конкретные системы и методы получения инверсной заселенности в оптическом диапазоне.
Упомянутые А. М. Прохоровым шесть лет действительно были заполнены теми исследованиями, которые позволили, в конечном счете, перейти от мазера к лазеру. В 1955 г. Н.Г. Басов и А.М. Прохоров обосновали применение метода оптической накачки для создания инверсной заселенности уровней. В 1957 г. Н. Г. Басов выдвинул идею использования полупроводников для создания квантовых генераторов; при этом он предложил использовать в качестве резонатора специально обработанные поверхности самого образца. В том же 1957 г. В. А. Фабрикант и Ф. А. Бутаева наблюдали эффект оптического квантового усиления в опытах с электрическим разрядом в смеси паров ртути и небольших количествах водорода и гелия. В 1958 г. А. М. Прохоров и независимо от него американский физик Ч. Таунс теоретически обосновали возможность применения явления
вынужденного испускания в оптическом диапазоне; они (а также американец Р. Дикке) выдвинули идею применения в оптическом диапазоне не объемных (как в СВЧ диапазоне), а открытых резонаторов. В 1959 г. вышла в свет работа Н. Г. Басова, Б. М. Вула и Ю. М. Попова с теоретическим обоснованием идеи полупроводниковых квантовых генераторов и анализом условий их создания. Наконец, в 1960 г. появилась обосновательная статья Н. Г. Басова, О. Н. Крохина, Ю. М. Попова, в которой были всесторонне рассмотрены принципы создания и теория квантовых генераторов и усилителей в инфракрасном и видимом диапазонах. В конце статьи авторы писали:
"Отсутствие принципиальных ограничений позволяет надеяться на то, что в ближайшее время будут созданы генераторы и усилители в инфракрасном и оптическом диапазонах волн". Таким образом, интенсивные теоретические и экспериментальные исследования в СССР и США вплотную подвели ученых в самом конце 50-х годов к созданию лазера, В 1960 г. в двух научных журналах появилось его сообщение о том, что ему удалось получить на рубине генерацию излучения в оптическом диапазоне. Так мир узнал о рождении первого "оптического мазера" - лазера на рубине. Первый образец лазера выглядел достаточно скромно: маленький рубиновый кубик (1x1x1 см), две противоположные грани которого, имели серебряное покрытие (эти грани играли роль зеркала резонатора), периодически облучались зеленым светом от лампы-вспышки высокой мощности, которая змеей охватывала рубиновый кубик. Генерируемое излучение в виде красных световых импульсов испускалось через небольшое отверстие в одной из посеребренных граней кубика.
Начиная с 1961 г., лазеры разных типов (твердотельные и газовые) занимают прочное место в оптических лабораториях. Так начинается новый, "лазерный" период оптики. С начала своего возникновения лазерная техника развивается исключительно быстрыми темпами. Появляются новые типы лазеров и одновременно усовершенствуются старые.
Технология FSO (Free Space Optics), атмосферная оптическая связь, АОЛС, АОЛП, беспроводный оптический канал связи (БОКС) - это способ беспроводной передачи информации в коротковолновой части электромагнитного спектра. В ее основе лежит принцип передачи цифрового сигнала через атмосферу (или космическое пространство) путем модуляции излучения в не лицензируемом диапазоне длин волн (инфракрасном или видимом) и его последующим детектированием оптическим фото-приемным устройством. Импульс светового излучения при прохождении в атмосфере практически не испытывает дисперсионных искажений фронтов, характерных для любых оптических волокон. Это принципиально позволяет передавать поток данных со скоростями до терабита в секунду. К основным преимуществам такого способа передачи информации можно отнести: высокие скорости передачи (которые невозможно достичь при использовании любых других беспроводных технологий), простота инсталляции, а также отсутствие необходимости платить за использование частотного диапазона. В настоящее время технология обеспечивает передачу цифровых потоков до 10 Гбит/с, что позволяет:
Современное состояние FSO технологии (беспроводной оптической связи) позволяет создавать надежные каналы связи на расстояниях от 100 до 1500-2000 м. в условиях атмосферы и до 100000 км в открытом космосе, например, для связи между спутниками. Являясь альтернативным решением по отношению к оптоволокну, атмосферные оптические линии передачи данных (АОЛП) позволяют сверхоперативно сформировать беспроводный оптический канал связи (мобильные системы с автонаведением обеспечивают установление связи за 10-15 минут) при значительно меньших затратах.
В последнее время все большую популярность приобретает применение лазерных каналов при создании охранных периметров и в системах обеспечения безопасности благодаря скрытности канала и возможности передачи качественной видеоинформации от камер наблюдения в режиме реального времени. Основными применениями технологии в настоящее время остаются: доступ на последней миле, преодоление преград, а также связь локальных сетей.
В настоящее время для организации связи в оптических линиях связи находит применение оборудование АОСП.
Данные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с кабельными системами, которые являются существенными для организации объектовой сети связи военного назначения (таблица 1)
Таблица 1
Сравнительная таблица основных ТТХ АОСП (Artolink M1-FE-L) и ПОК (ОК-В-М-4Т)
Время развертывания АОЛС составляет в среднем 30 минут, что является значительным преимуществом перед полевым оптическим кабелем связи ОК-В-М-4Т. Поскольку в неблагоприятных физико-географических условиях местности, времени суток, тактической обстановки, время развертывания может значительно увеличиваться введу нахождения между аппаратными связи значительных преград (реки, болота, овраги, сугробы,).
Скорость передачи АОСП 125 Мбит/с. Достаточна для организации связи в объектовой сети.
Ряд преимуществ АОСП перед полевым оптическим кабелем связи, в времени развертывания, массово-габаритных размерах, стоимости комплекта. Учитывая, что узел связи
будет развертываться на открытой местности, то использование АОСП целесообразно для использования в объектовой сети.
Атмосферные оптические линии связи предназначены для создания беспроводного канала связи для применения на местных первичных сетях связи общего пользования единой сети электросвязи Российской Федерации, то есть для этого необходима соответствующая аппаратура, обеспечивающая передачу и прием цифровых сигналов с параметрами первичного сетевого стыка плезиохронной цифровой иерархии в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.703 по атмосферной линии связи; [2]
Аппаратура применяется в случаях, когда требуется высокоскоростное и экономичное решение задачи по организации связи между пространственно разнесенными объектами, например, при телефонизации отдельно стоящих элементов узла связи или соединении двух сегментов локальной компьютерной сети (LAN) в составе узла связи, расположенных в различных местах.
В состав аппаратуры как правило входят два идентичных поста, каждый из которых состоит из: приемо-передающего модуля (ППМ), устройства внешнего интерфейса (УВИ) и кабель внутреннего интерфейса (КВИ). Два ППМ образуют между собой атмосферный оптический тракт. УВИ выполняет функции питания изделия и организации сервисного стыка с внешним компьютером. Между собой УВИ и ППМ каждого терминала соединяются КВИ. Для связи ППМ с аппаратурой потребителя прокладываются кабель соединительный, сигнальный (КСС).
Связь УВИ с компьютером обеспечивается через кабель связи с компьютером (КСК). Для удаленного контроля работоспособности и состояния АОЛС, а также управления его отдельными функциями используется специализированное программное обеспечение (ПО).
Аппаратура, в зависимости от исполнения может иметь в своем составе СПС, обеспечивающую пространственную стабилизацию атмосферной линии связи, а также УВИ-IP вместо УВИ в составе одного из терминалов, использование которого позволяет осуществлять мониторинг состояния АОЛС по IP-сети.
Рассмотрим несколько видов оборудования от различных производителей. Одним из базовых производителей является Artolink, рассмотрим архитектуру оборудования Artolink.
Оборудование данного производителя строится по схеме MIMO - 3 синфазных, но не коррелированных по несущей лазерных передатчика и две разнесенные оптические антенны с некогерентным сложением сигнала.
В 1954 г. молекулярный генератор, названный вскоре мазером, стал реальностью. Он был разработан и создан независимо и одновременно в двух точках земного шара - в Физическом институте имени П.Н. Лебедева Академии наук СССР (группой под руководством Н.Г. Басова и А.М. Прохорова).
Впоследствии от термина "мазер" и произошел термин лазер в результате замены буквы "М" буквой " Л ". В основе работы, как мазера, так и лазера лежит один и тот же принцип - принцип, сформулированный в 1951 г. В. А. Фабрикантом. Появление мазера означало, что родилось новое направление в науке и технике. Вначале его называли квантовой радиофизикой, а позднее стали называть квантовой электроникой.
Спустя десять лет после создания мазера, в 1964 г. на церемонии, посвященной вручению Нобелевской премии, академик А. М. Прохоров сказал: " Казалось бы, что после создания мазеров в радиодиапазоне вскоре будут созданы квантовые генераторы в оптическом диапазоне. Однако этого не случилось. Они были созданы только через пять-шесть лет. Здесь были две трудности. Первая трудность заключалась в том, что тогда не были предложены резонаторы для оптического диапазона длин волн, и вторая - не были предложены конкретные системы и методы получения инверсной заселенности в оптическом диапазоне.
Упомянутые А. М. Прохоровым шесть лет действительно были заполнены теми исследованиями, которые позволили, в конечном счете, перейти от мазера к лазеру. В 1955 г. Н.Г. Басов и А.М. Прохоров обосновали применение метода оптической накачки для создания инверсной заселенности уровней. В 1957 г. Н. Г. Басов выдвинул идею использования полупроводников для создания квантовых генераторов; при этом он предложил использовать в качестве резонатора специально обработанные поверхности самого образца. В том же 1957 г. В. А. Фабрикант и Ф. А. Бутаева наблюдали эффект оптического квантового усиления в опытах с электрическим разрядом в смеси паров ртути и небольших количествах водорода и гелия. В 1958 г. А. М. Прохоров и независимо от него американский физик Ч. Таунс теоретически обосновали возможность применения явления
вынужденного испускания в оптическом диапазоне; они (а также американец Р. Дикке) выдвинули идею применения в оптическом диапазоне не объемных (как в СВЧ диапазоне), а открытых резонаторов. В 1959 г. вышла в свет работа Н. Г. Басова, Б. М. Вула и Ю. М. Попова с теоретическим обоснованием идеи полупроводниковых квантовых генераторов и анализом условий их создания. Наконец, в 1960 г. появилась обосновательная статья Н. Г. Басова, О. Н. Крохина, Ю. М. Попова, в которой были всесторонне рассмотрены принципы создания и теория квантовых генераторов и усилителей в инфракрасном и видимом диапазонах. В конце статьи авторы писали:
"Отсутствие принципиальных ограничений позволяет надеяться на то, что в ближайшее время будут созданы генераторы и усилители в инфракрасном и оптическом диапазонах волн". Таким образом, интенсивные теоретические и экспериментальные исследования в СССР и США вплотную подвели ученых в самом конце 50-х годов к созданию лазера, В 1960 г. в двух научных журналах появилось его сообщение о том, что ему удалось получить на рубине генерацию излучения в оптическом диапазоне. Так мир узнал о рождении первого "оптического мазера" - лазера на рубине. Первый образец лазера выглядел достаточно скромно: маленький рубиновый кубик (1x1x1 см), две противоположные грани которого, имели серебряное покрытие (эти грани играли роль зеркала резонатора), периодически облучались зеленым светом от лампы-вспышки высокой мощности, которая змеей охватывала рубиновый кубик. Генерируемое излучение в виде красных световых импульсов испускалось через небольшое отверстие в одной из посеребренных граней кубика.
Начиная с 1961 г., лазеры разных типов (твердотельные и газовые) занимают прочное место в оптических лабораториях. Так начинается новый, "лазерный" период оптики. С начала своего возникновения лазерная техника развивается исключительно быстрыми темпами. Появляются новые типы лазеров и одновременно усовершенствуются старые.
1.2 Технология атмосферно-оптических линий связи
Технология FSO (Free Space Optics), атмосферная оптическая связь, АОЛС, АОЛП, беспроводный оптический канал связи (БОКС) - это способ беспроводной передачи информации в коротковолновой части электромагнитного спектра. В ее основе лежит принцип передачи цифрового сигнала через атмосферу (или космическое пространство) путем модуляции излучения в не лицензируемом диапазоне длин волн (инфракрасном или видимом) и его последующим детектированием оптическим фото-приемным устройством. Импульс светового излучения при прохождении в атмосфере практически не испытывает дисперсионных искажений фронтов, характерных для любых оптических волокон. Это принципиально позволяет передавать поток данных со скоростями до терабита в секунду. К основным преимуществам такого способа передачи информации можно отнести: высокие скорости передачи (которые невозможно достичь при использовании любых других беспроводных технологий), простота инсталляции, а также отсутствие необходимости платить за использование частотного диапазона. В настоящее время технология обеспечивает передачу цифровых потоков до 10 Гбит/с, что позволяет:
-
решать проблемы «последней мили» при высокой защищенности канала связи; -
развивать городские сети передачи данных и голоса (MAN); -
развивать решения WDM (волновое мультиплексирование) для сетей SONET/SDH.
Современное состояние FSO технологии (беспроводной оптической связи) позволяет создавать надежные каналы связи на расстояниях от 100 до 1500-2000 м. в условиях атмосферы и до 100000 км в открытом космосе, например, для связи между спутниками. Являясь альтернативным решением по отношению к оптоволокну, атмосферные оптические линии передачи данных (АОЛП) позволяют сверхоперативно сформировать беспроводный оптический канал связи (мобильные системы с автонаведением обеспечивают установление связи за 10-15 минут) при значительно меньших затратах.
В последнее время все большую популярность приобретает применение лазерных каналов при создании охранных периметров и в системах обеспечения безопасности благодаря скрытности канала и возможности передачи качественной видеоинформации от камер наблюдения в режиме реального времени. Основными применениями технологии в настоящее время остаются: доступ на последней миле, преодоление преград, а также связь локальных сетей.
1.2.1 Анализ возможностей аппаратуры оптических систем передач
В настоящее время для организации связи в оптических линиях связи находит применение оборудование АОСП.
Данные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с кабельными системами, которые являются существенными для организации объектовой сети связи военного назначения (таблица 1)
Таблица 1
Сравнительная таблица основных ТТХ АОСП (Artolink M1-FE-L) и ПОК (ОК-В-М-4Т)
| № п/п | Основные критерии | Атмосферно-оптическая система передачи (Artolink M1-FE-L) | Полевой волоконно-оптический кабель (ОК-В-М-4Т) |
| 1 | Скорость передачи, Мбит/с | До 125 | Св. 100 |
| 2 | Время развертывания, мин | Ок. 30 | Ок. 77 |
| 3 | Масса комплекта, кг | 30 | 50 |
| 4 | Зависимость времени развертывания от физико-географических свойств местности, времени суток, тактической обстановки | Зависит в меньшей степени | Зависит в большей степени |
| 5 | Стоимость комплекта, руб | 250 000 | 400 000 |
Время развертывания АОЛС составляет в среднем 30 минут, что является значительным преимуществом перед полевым оптическим кабелем связи ОК-В-М-4Т. Поскольку в неблагоприятных физико-географических условиях местности, времени суток, тактической обстановки, время развертывания может значительно увеличиваться введу нахождения между аппаратными связи значительных преград (реки, болота, овраги, сугробы,).
Скорость передачи АОСП 125 Мбит/с. Достаточна для организации связи в объектовой сети.
Ряд преимуществ АОСП перед полевым оптическим кабелем связи, в времени развертывания, массово-габаритных размерах, стоимости комплекта. Учитывая, что узел связи
будет развертываться на открытой местности, то использование АОСП целесообразно для использования в объектовой сети.
Атмосферные оптические линии связи предназначены для создания беспроводного канала связи для применения на местных первичных сетях связи общего пользования единой сети электросвязи Российской Федерации, то есть для этого необходима соответствующая аппаратура, обеспечивающая передачу и прием цифровых сигналов с параметрами первичного сетевого стыка плезиохронной цифровой иерархии в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.703 по атмосферной линии связи; [2]
Аппаратура применяется в случаях, когда требуется высокоскоростное и экономичное решение задачи по организации связи между пространственно разнесенными объектами, например, при телефонизации отдельно стоящих элементов узла связи или соединении двух сегментов локальной компьютерной сети (LAN) в составе узла связи, расположенных в различных местах.
В состав аппаратуры как правило входят два идентичных поста, каждый из которых состоит из: приемо-передающего модуля (ППМ), устройства внешнего интерфейса (УВИ) и кабель внутреннего интерфейса (КВИ). Два ППМ образуют между собой атмосферный оптический тракт. УВИ выполняет функции питания изделия и организации сервисного стыка с внешним компьютером. Между собой УВИ и ППМ каждого терминала соединяются КВИ. Для связи ППМ с аппаратурой потребителя прокладываются кабель соединительный, сигнальный (КСС).
Связь УВИ с компьютером обеспечивается через кабель связи с компьютером (КСК). Для удаленного контроля работоспособности и состояния АОЛС, а также управления его отдельными функциями используется специализированное программное обеспечение (ПО).
Аппаратура, в зависимости от исполнения может иметь в своем составе СПС, обеспечивающую пространственную стабилизацию атмосферной линии связи, а также УВИ-IP вместо УВИ в составе одного из терминалов, использование которого позволяет осуществлять мониторинг состояния АОЛС по IP-сети.
Рассмотрим несколько видов оборудования от различных производителей. Одним из базовых производителей является Artolink, рассмотрим архитектуру оборудования Artolink.
Оборудование данного производителя строится по схеме MIMO - 3 синфазных, но не коррелированных по несущей лазерных передатчика и две разнесенные оптические антенны с некогерентным сложением сигнала.