Оптические линии связи

Оптические линии связи реализуются в виде волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Конструкция ВОЛС это кварцевый сердечник диаметром 10 мкм, покрытый отражающей оболочкой с внешним диаметром 125–200 мкм.

Типичные характеристики ВОЛС: работа на волнах 0,85–1,55 мкм, затухание 0,7 дБ/км, полоса частот – до 2 ГГц. Ориентировочная цена 4–5 долларов за 1 м.

Предельные расстояния D для передачи данных по ВОЛС (без ретрансляции) зависят от длины волны излучения L. Для L=850 нм имеем D=5км, а для L=1300 нм D=50 км, но аппаратурная реализация дороже.

ВОЛС являются основой высокоскоростной передачи данных, особенно на большие расстояния. Так, в настоящее время практически реализован проект кругосветного канала передачи данных на ВОЛС длиной в 27,3 тыс. км, кабель проходит по дну трех океанов, Средиземного и Красного морей, информационная скорость 5,3 Гбит/с. Именно на ВОЛС достигнуты рекордные скорости передачи информации.

В экспериментальной аппаратуре с использованием метода мультиплексирования с разделением каналов по длинам волн (WDM – Wavelengths Division Multiplexing) достигнута скорость 1100Гбит/с на расстоянии 150 км. В однойиз действующих систем на основе WDM передача идет со скоростью 40 Гбит/с на расстояния до 320 км. В методе WDM выделяется несколько несущих частот(каналов). Так, в последней упомянутой системе имеются 16 таких каналов вблизи частоты 4–105 ГГц, отстоящих друг от друга на 103 ГГц, в каждом канале достигается скорость 2,5 Гбит/с.

9.3. Беспроводные каналы связи

В беспроводных каналах передача информации осуществляется на основе распространения радиоволн. В табл.1 приведены сведения о диапазонах электромагнитных колебаний, используемых в беспроводных и оптических каналах связи.

Таблица 1

* РКвЛВС – радиоканалы в локальных сетях и системах связи;

** WDM – мультиплексирование с разделением каналов по длинам волн.

Для организации канала ПД в диапазонах дециметровых волн (902–928 МГц и 2,4–2,5 ГГц) требуется регистрация в Госсвязьнадзоре. Работа в диапазоне 5,725–5,85 ГГц пока лицензирования не требует. Чем выше несущая частота, тем больше емкость (число каналов) системы связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами без ретрансляторов.

Первая из причин и порождает тенденцию к освоению новых более высокочастотных диапазонов. Радиоканалы входят необходимой составной частью в спутниковые и радиорелейные системы связи, применяемые в территориальных сетях, в сотовые системы мобильной связи, они используются в качестве альтернативы кабельным системам в локальных сетях и при объединении сетей отдельных офисов и предприятий в корпоративные сети.

Во многих случаях применение радиоканалов оказывается более дешевым решением по сравнению с другими вариантами.

В территориальных сетях на региональном уровне часто используются радиорелейные линии связи (коммутация каналов, диапазон частот 15 23 ГГц, связь в пределах прямой видимости, что ограничивает дальность между соседними станциями до 50 км при условии размещения антенн на строениях типа башен). Последовательность станций, являющихся ретрансляторами, позволяет передавать информацию на значительные расстояния.

Радиосвязь используется в корпоративных и локальных сетях, если затруднена прокладка других каналов связи. Радиоканал либо выполняет роль моста между подсетями (двухточечное соединение), либо является общей средой передачи данных в ЛВС по излагаемому далее методу МДКН/ОК, либо служит соединением между центральным и терминальными узлами в сети с централизованным управлением.

В первом случае (связь двух сетей) имеем двухточечное соединение с направленными антеннами, дальность в пределах прямой видимости (обычно до 15–20 км с расположением антенн на крышах зданий). Мост имеет два адаптера: один для формирования сигналов для радиоканала, другой для кабельной подсети. В случае использования радиоканала в качестве общей среды передачи данных в ЛВС сеть называют Radio Еthernet (стандарт IEEE802.11), она обычно используется внутри зданий. В состав аппаратуры входят приемопередатчики и антенны. Связь осуществляется на частотах от одного до нескольких гигагерц. Расстояния между узлами несколько десятков метров.

В соответствии со стандартом IEEE 802.11 возможны два способа передачи двоичной информации в ЛВС, оба они имеют целью обеспечить защиту информации от нежелательного доступа. Первый способ называется методом прямой последовательности (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum). В нем вводится избыточность, каждый бит данных представляется последовательностью из 11 элементов «чипов». Эта последовательность создается по алгоритму, известному участникам связи, и потому может быть дешифрирована при приеме. Избыточность повышает помехоустойчивость, что позволяет снизить требования к мощности передатчика, а для сохранения высокой скорости нужно расширять полосу пропускания. Так, в аппаратуре фирмы Aironet в диапазоне 2,4 ГГц имеются 4 канала шириной в 22 МГц.

Второй способ – метод частотных скачков (FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum). В этом методе полоса пропускания делится на 79 поддиапазонов. Передатчик через каждые 20 мс переключается на новый поддиапазон, причем алгоритм изменения частот известен только участникам связи и может изменяться, что и затрудняет несанкционированный доступ к данным.

В варианте использования радиоканалов для связи центрального и периферийного узлов центральный пункт имеет ненаправленную антенну, а терминальные пункты при этом используют направленные антенны. Дальность связи составляет также десятки метров, а вне помещений – сотни метров. Пример многоточечной системы: ненаправленная антенна по горизонтали, угол 30 градусов по вертикали 5,8 ГГц – к терминалам, 2,4 ГГц – к центральному узлу, до 62 терминалов, дальность - 80 м без прямой видимости. В системе Room About связь на частоте 920 МГц гарантируется на расстоянии в 120 метров, предусмотрена защита от перехвата информации.

В условиях высоких уровней электромагнитных помех иногда используют инфракрасные каналы связи. В последнее время их стали применять не только в цехах, но и в офисах, где лучи можно направлять над перегородками помещения.

Поставкой оборудования для организации корпоративных и локальных беспроводных сетей занимается ряд фирм, в том числе известные фирмы Lucent Technologies, Aironet, Multipoint Network. В оборудование беспроводных каналов ПД входят: сетевые адаптеры и радиомодемы, поставляемые вместе с комнатными антеннами и драйверами. Они различаются способами обработки сигналов, характеризуются частотой передачи, пропускной способностью, дальностью связи. Сетевой адаптер вставляется в свободный разъем шины компьютера. Например, адаптер Wave LAN (Lucent Technologies) подключается к шине ISA, работает на частоте 915 МГц, пропускная способность 2Мбит/с.

Радиомодем подключается к цифровому ООД через стандартный интерфейс. Например, радиомодемы серии RAN (Multipoint Networks) могут работать в дуплексном или полудуплексном режимах; со стороны порта данных – интерфейс RS-232C, RS-449 или V.35, скорости до 128 кбит/с; со стороны радиопорта – частоты 400–512 или 820–960 МГц, ширина радиоканала 25–200 кГц.

Радиомосты используются для объединения между собой кабельных сегментов и отдельных ЛВС в пределах прямой видимости и для организации магистральных каналов в опорных сетях, выполняют ретрансляцию и фильтрацию пакетов.