Андрій КЛИМЕНКО,
технічний директор ТОВ «ADVANTEK SYSTEMS»,
м. Алмати
При побудові систем корпоративної технологічного зв'язку, АСКОЕ, АСУТП, АСУ начальники служб ЗДТК, служб головного енергетика підприємств, начальники підрозділів зв'язку дуже часто постають перед вибором типів каналів зв'язку. Потрібно відзначити, що на сьогодні в різному ступені мають місце застосування на практиці провідні канали зв'язку (мідний кабель, ВОЛЗ), радіорешенія (радіорелейні канали, широкосмуговий радіодоступ) і, звичайно, не настільки ще популярні в силу своєї новизни атмосферні оптичні лінії зв'язку - АОЛС . Зрозуміло, що, вибираючи технологію організації каналів зв'язку, підсвідомо віддається перевагу так званим традиційним рішенням.
На сьогодні до таких можна віднести провідні та безпровідні радіолінії. Але все відносно в часі. Так, в першій половині минулого століття і радіорешенія були нетрадиційними по відношенню до провідних лініях. Прогрес не стоїть на місці, і вже зараз в розряд традиційних можна віднести бездротові радіосоедіненія. А ось атмосферні оптичні лінії зв'язку, що з'явилися на початку XXI століття, до цього дня з настороженістю сприймаються і проектувальниками, і фахівцями телекомунікаційного сектора. Так що ж таке АОЛС і в чому їх перевага перед «традиційними» лініями зв'язку?
Технологія, за якою розроблено AOЛC - Free Space Optics, заснована на передачі даних в оптичному діапазоні через атмосферу. Верхня межа радіоспектра, на яку необхідно отримувати дозвіл на його використання, - 400 ГГц. Частоти, використовувані в АОЛС, на три порядки вище. Тому використання обладнання АОЛС не вимагає ніяких проектних, погоджувальних, дозвільних заходів, в тому числі і оплати використання радіочастотного спектру. Це, безумовно, один з найважливіших факторів на користь застосування такої технології і обладнання в телекомунікаційних системах.
Природно, для сучасних ліній зв'язку параметр готовності повинен бути не менше 99,999%, оскільки мова йде не тільки про голосові повідомлення, але і про найважливіші застосуваннях в виробничо-технологічних процесах обмінів інформаційними потоками (телеуправління, телевимірювання, SCADA і т.д.). Впровадження IP-протоколів і застосування сучасної елементної бази дозволили лише в XXI столітті створити високоефективні АОЛС, забезпечивши впровадження цієї технології зв'язку в індустрію телекомунікацій.
Для того щоб говорити про переваги бездротової оптики перед традиційними рішеннями, необхідно перш за все зрозуміти, як це працює.
В основі бездротових оптичних систем лежать технології організації високошвидкісних каналів зв'язку за допомогою інфрачервоного випромінювання, які уможливлюють передачу даних (текстові, звукові, графічні дані) між об'єктами через атмосферний простір, надаючи оптичне з'єднання без використання скловолокна.
Лазерний зв'язок двох об'єктів здійснюється тільки за допомогою з'єднання типу «точка - точка». Технологія грунтується на передачі даних модульованим випромінюванням в інфрачервоній частині спектра через атмосферу. Передавачем служить потужний напівпровідниковий лазерний діод. Вхідний електричний сигнал надходить в пріёмопередающій модуль, в якому кодується різними перешкодостійкими кодами, модулюється оптичним лазерним випромінювачем і фокусується оптичною системою передавача в вузький коллімірованний лазерний промінь і передається в атмосферу.
На приймаючій стороні оптична система фокусує оптичний сигнал на високочутливий фотодіод (або лавинний діод), який перетворює оптичний пучок в електричний сигнал. При цьому чим вище частота, тим більше обсяг переданої інформації. Далі сигнал демодулируется і перетворюється в сигнали вихідного інтерфейсу.
Довжина хвилі в більшості реалізованих систем варіюється в межах 700-950 нм або 1550 нм, в залежності від застосовуваного лазерного діода.
Обладнання не залежить від протоколу, однак налаштована на певні стандарти: Ethernet, Fast Ethernet, G.703. Універсальність інтерфейсів і широка смуга пропускання дозволяють використовувати найрізноманітніші передові криптографічні алгоритми. і це ніяк не впливає на швидкість передачі даних. Сигнал, який передається через атмосферу, може бути тільки цифровим.
Основні характеристики FSO
Термін «абсолютно чиста атмосфера», що визначає стан атмосфери, при якому ослаблення оптичних сигналів в ній дорівнює 0 dB / km. Якщо враховувати, що локальні показники впливу атмосфери на оптичне випромінювання дуже сильно залежать від регіону і конкретного географічного місця, то порівняння і оцінку систем атмосферних ліній зв'язку необхідно виробляти за єдиним критерієм.
Дальність зв'язку - це характеристика енергетичного бюджету системи АОЛС в кілометрах. Розрахункова величина - величина, яка виходить при вимірюванні енергетичного запасу конкретної системи бездротової оптичної зв'язку на еталонної трасі при нормальному стані атмосфери за допомогою оптичних аттенюаторов, фільтрів і діафрагм. Зменшення коефіцієнта пропускання випромінювання проводиться до заданого рівня BER (зазвичай 10-6). Діаметр плями освітленості при цьому на вході приймача повинен бути більше діаметра приймача і розраховується за формулою:
де: Lmax - максимальна дальність зв'язку (км), Lет.тр. - довжина еталонної траси (км), К - коефіцієнт пропускання оптичного атенюатора на випромінюваної довжині хвилі.
Саме ця характеристика вже включає в себе всі види реальних втрат, наявних при реалізації подібних систем за рахунок розходження, розміру апертури, поля зору, втрат на оптичних елементах і фільтрах, роздільної здатності, розмірів джерел і фоточутливих елементів і т.д. При відсутності даної характеристики розрахунок енергетики та доступності в системах бездротового оптичного зв'язку стає некоректним.
«Наведене вплив атмосфери»
Для коректного застосування систем бездротового оптичного зв'язку необхідно враховувати статистику спостережень, метеорологічну дальність видимості (МДВ) в конкретному географічному місці, яка збирається локальними метеослужбами.
Статистику МДВ, яка збирається метеослужбами, необхідно пов'язати з використовуваним в конкретної бездротової оптичної системі випромінюванням. Такі дані може дати тільки виробник кожної конкретної системи на основі власних спостережень. На сьогодні це недолік уніфікації розрахунків енергетичного бюджету АОЛС.
Після кількісної оцінки вищеописаних характеристик стає можливим розрахунок доступності зв'язку для конкретної моделі на конкретному відстані в конкретному регіоні.
Сьогодні максимальна дальність систем в «абсолютно чистій атмосфері» (O dB / км) становить 320 км, що забезпечує в реальних кліматичних умовах необхідний рівень доступності. Так для операторської доступності 0,999 (це відповідає метеорологічної дальності видимості> 100 м) рекомендована дистанція установки складе 1 км. Швидкість передачі інформації, що досягається в бездротовому оптичному каналі, можна порівняти з оптоволоконним. Деякі моделі дозволяють побудувати з'єднання з пропускною спроможністю 100/200 Мбіт / с. А є моделі з пропускною спроможністю 155 Мбіт / с. На даний момент так само є і моделі з інтерфейсом Gigabit Ethernet - 1 Гбіт / с.
Коли два об'єкти перебувають у прямій видимості і відстань не перевищує 2 км, з'єднання безволоконной оптикою стає не менш ефективним, ніж проводове. Безумовно, коли оптоволоконное з'єднання можливо і економічно вигідно, нічого іншого не треба. Однак, на жаль, складності в організації оптоволоконних з'єднань починаються майже завжди при виході за межі будівель. По-перше, протяжність кабельного з'єднання в 2-3 рази перевищує реальну дистанцію між об'єктами, а вартість складається з витрат не тільки на кабель, але і на послуги з його прокладанні за кожен метр. По-друге, роботи за межами будівлі завжди треба з ким-небудь погоджувати і очікувати чимало часу. По-третє, добре, коли ви - власник будівель і території між ними належать вам. А якщо ні, то вам доведеться пройти всю низку узгоджень і можливо побудувати додаткову інфраструктуру. Всі ці питання не мають актуальності при використанні АОЛС. Крім усього іншого, ви зможете організувати необхідний канал зв'язку з невеликими інвестиціями в аспекті вищевикладеного, до того ж ці інвестиції швидко окупляться, а обладнання на відміну від прокладеного оптоволоконного кабелю можете повторно використовувати на інших об'єктах, демонтувавши за пару годин.
Стандартні системи АОЛС мають швидкість передачі даних від 6 Мб / с до 1,25 Гб / с. На реальному об'єкті в більшості систем швидкість передачі обмежується пропускною здатністю локальної мережі, яку вона може підтримувати. Пропускна здатність лінії АОЛС не визначається частотою передачі сигналу, а залежить від здатності відправляти і приймати оптичний сигнал з максимально можливою швидкістю. Якщо передається і приймається достатня потужність пучка світла в системі АОЛС, то швидкість передачі даних залишається високою.
У волоконно-оптичної мережі швидкість передачі даних не зменшується через ослаблення сигналу, а дані або не передаються взагалі, або передаються з великою кількістю помилок. Якщо рівень внесених втрат (загасання) в волоконно-оптичної лінії зв'язку буде занадто високим, передача даних буде неможлива. Навпаки, бездротова система AOЛC реагує на ослаблення потужності сигналу зменшенням швидкості передачі даних. Канал на обладнанні FSO, який в ясну погоду працює зі швидкістю 24 Мб / с, буде передавати дані під час негоди зі швидкістю 18 Мб / с, 12 Мб / с або 6 Мб / с.
Також якщо говорити про якісну оцінку каналів АОЛС, то можна сказати наступне: ключовий принцип АОЛС заснований на компромісі. Чим більша тривалість простоїв внаслідок несприятливих погодних умов (туманів) допускається, тим більше буде дистанція каналу зв'язку.
Захист від несанкціонованого доступу
Безпека має особливе значення у всіх системах бездротового зв'язку. Оскільки радіочастотні системи випромінюють сигнали в усіх напрямках, то сигнали можна просто і легко перехоплювати. Тому для підвищення безпеки радіочастотних мереж зазвичай застосовують кодування і різні засоби захисту інформації, що передається. Односпрямований промінь світла атмосферної оптичної лінії зв'язку перехопити важко. Оскільки системи АОЛС зазвичай встановлюють на дахах, то порушнику потрібно подолати фізичну перешкоду і потрапити на дах. Та ще потрібно перехопити промінь світла і постаратися при цьому не перервати передачу даних. У багатьох виробників систем АОЛС прості моделі точок доступу дуже схожі на камери стеження, що є стримуючим фактором для потенційних шкідників.
І на закінчення ще трохи про достоїнства систем FSO-технології. Безволоконная оптика без жодних труднощів долає водні та транспортні магістралі, залізничні колії і ЛЕП. Вона поза конкуренцією в разі стислих термінів, тому що запуск каналу займає всього кілька годин. Системи можуть застосовуватися тільки на з'єднаннях типу «точка-точка» і оперують дуже вузькою діаграмою спрямованості випромінювання, тому можна створити майже необмежену кількість каналів в безпосередній близькості один від одного. У разі радіоліній їх пропускна здатність залежить не тільки від електромагнітних завад, а й від можливої близькості подібних каналів. АОЛС-системи нечутливі до електромагнітного шуму, не виробляють його. У них краща, ніж у радіо, захищеність. Нарешті, інфрачервоне випромінювання нешкідливо для здоров'я, а обслуговування обладнання зводиться до щорічної профілактиці оптики (перед початком осінньо-зимового сезону).
До основних переваг використання систем АОЛС можна віднести наступне:
- швидка організація каналу зв'язку;
- відсутність необхідності отримання дозволів на частоти;
- відсутність впливів сусідніх каналів і електромагнітного шуму;
- відсутність орендної плати за канал;
- високий ступінь безпеки.
Технологію FSO використовують багато підприємств і організації для оперативного розгортання надійних, недорогих і безпечних широкосмугових ліній зв'язку.
Такі фізичні перешкоди як автотранспортні і залізно-дорожні магістралі і навіть інші будівлі в промисловій зоні, є основним фактором використання систем бездротового зв'язку.
Використання системи АОЛС для передачі даних між будівлями практично унеможливлює зчитування і непомітний перехоплення сигналу.
Важливо визнати, що немає технології, яка була б в рівній мірі придатна у всіх ситуаціях, і що кожен засіб зв'язку має свої переваги. Високоефективні бездротові системи, засновані на використанні технології FSO, є реальною альтернативою в телекомунікаційних системах лініях бездротового радіозв'язку та ВОЛЗ. Можливість швидкого розгортання безліцензійної безпечної бездротової системи, яка має велику смугу пропускання і незалежність від протоколу передачі даних, дозволяє використовувати FSO при побудові корпоративних мереж передачі даних.
Компанія «ADVANTEK SYSTEMS», будучи інтегратором в телекомунікаціях, використовує в своїх рішеннях системи атмосферних оптичних ліній зв'язку.
Найчастіше при зверненні до нас ми стикаємося з часто вживаними питаннями: «А наскільки надійні такі системи і на які дистанції реально працюють АОЛС?».
Як і будь-яка інша система зв'язку, правильно спроектована АОЛС забезпечить належний рівень надійності з регламентованими стандартними коефіцієнтами готовності і належними якісними показниками.
З потрібних питань і за наданням додаткової інформації можна звертатися в компанію «ADVANTEK SYSTEMS».