Технологія FSO (Free Space Optics, атмосферна оптична зв'язок, АОЛС, АОЛП, бездротовий оптичний канал зв'язку (БОКС) - це спосіб бездротової передачі інформації в короткохвильової частини електромагнітного спектра. У її основі лежить принцип передачі цифрового сигналу через атмосферу (або космічний простір) шляхом модуляції випромінювання в неліцензованому діапазоні довжин хвиль (інфрачервоному або видимому) і його подальшим детектуванням оптичним фотоприймальні пристрої. Імпульс світлового випромінювання при проходженні в атмосфері майже неможливою відчуває дисперсійних спотворень фронтів, характерних для будь-яких оптичних волокон. Це принципово дозволяє передавати потік даних зі швидкостями до террабіт в секунду. До основних переваг такого способу передачі інформації можна віднести: високі швидкості передачі (які неможливо досягти при використанні будь-яких інших бездротових технологій), простота інсталяції, а також відсутність необхідності платити за використання частотного діапазону. В даний час технологія забезпечує передачу цифрових потоків до 10 Гбіт / с, що дозволяє:
- вирішувати проблеми "останньої милі" при високій захищеності каналу зв'язку,
- розвивати міські мережі передачі даних і голосу (MAN),
- розвивати рішення WDM (хвильове мультиплексування) для мереж SONET / SDH.
Вироби ARTOLINK серії М1 розроблені на основі FSO технології і призначені для бездротової полнодуплексной передачі цифрових даних між двома точками з активним обладнанням. В даний час дана серія включає в себе моделі, обеспечіваюoщіе пару з найбільш популярними в Росії протоколами передачі даних - Е1, Ethernet і Fast Ethernet. Вироби серії М1 застосовуються при організації телекомунікаційних мереж інтегрованого обслуговування, локальних обчислювальних мереж, забезпеченні доступу в Інтернет, з'єднанні базових станцій стільникового зв'язку, АТС і в інших випадках, коли потрібно високошвидкісне і економічне рішення для передачі інформації між просторово рознесеними об'єктами (найчастіше розділеними природними і штучними перешкодами - річками, мостами, естакадами, автотрасами і т.д.).
Всі вироби серії складаються з двох ідентичних терміналів. Кожен термінал включає в себе приймально-передавальний модуль (ППМ), що забезпечує передачу і прийом оптичних сигналів в атмосферному каналі і пристрій зовнішнього інтерфейсу (УВИ) служить для забезпечення харчування ППМ і стику з зовнішнім контрольним обладнанням:
Блоки кожного поста з'єднуються між собою кабелем внутрішнього інтерфейсу (КВІ) довжиною до 100 м.
Бездротовий оптичний канал зв'язку (БОКС) утворюється входять до складу кожного ППМ оптичним стиком, що складається з передавача і приймача.
Оптичний передавач включає в себе 3 синфазних лазерних випромінювача працюють на довжині хвилі 800 ± 50 нм і забезпечують сумарну імпульсну потужність випромінювання 120-135 мВт.
Приймальна частина ППМ складається з двох прийомних об'єктивів загальною площею 70 см2, оптичної схеми, що забезпечує некогерентного підсумовування світлових сигналів, їх просторову і частотну фільтрацію і фотоприймального пристрої на основі швидкодіючого PIN фотодіода або APD. Амплітудно-частотна характеристика фотоприймального пристрої оптимізована в кожної моделі під необхідну швидкість передачі і тип лінійного кодування даних. До складу приймальної частини входить також датчик просторового положення оптичної осі, який дозволяє контролювати точність наведення ППМ один на одного. Для його роботи, оптична схема використовує невелику частину (близько 4%) сумарного прийнятого оптичного випромінювання.
Система просторової стабілізації (УПС, autotracking) автоматично підтримує напрямок оптичного зв'язку, що дозволяє встановлювати ППМ на нестабільних підставах (дерев'яні дахи, вежі стільникового зв'язку і т.д.).
Залежно від типу зовнішнього стику, ППМ містять в своєму складі необхідний інтерфейс з відповідною програмою управленія.Он забезпечує прийом і передачу сигналів поширюються по електричним лініях, їх перекодування під вимоги оптичного каналу і, при необхідності, мультиплексування потоків. Всі інтерфейси не є налаштованим, що не програмованими і прозорими.
Довжина сполучних сигнальних кабелів може досягати 100 м для потоків Ethernet і Fast Ethernet і 150 м для потоків Е1.
До складу ППМ входить також мультипроцесорний обчислювальний модуль, що працює під управлінням спеціально розробленої операційної системи. Вона дозволяє в реальному масштабі часу обробляти асинхронні і паралельно протікають процеси.
У всіх моделях серії M1 даний модуль забезпечує наступні функції і сервіс:
Контроль робочих режимів вузлів ППМ, включаючи температуру.
Стабілізацію параметрів вироби у всьому діапазоні змін умов зовнішнього середовища.
М'який запуск апаратури при негативних температурах експлуатації.
Перемикання режимів роботи ППМ: автоматична підтримка напрямки зв'язку, центрування СПС.
Індикація стану ППМ і напрямки зв'язку на вбудованому 24 розрядної контрольної панелі.
Формування послідовного потоку інформації в стандарті RS-232 для забезпечення функцій віддаленого моніторингу та управління.
Для забезпечення зручності і простоти установки атмосферної оптичної лінії зв'язку кожен пост забезпечений опорно-поворотним пристроєм. Воно забезпечує жорстке закріплення ППМ на горизонтальній опорній поверхні, грубу і точну кутові юстирування. Для первісної візуальної наведення до складу атмосферної оптичної лінії передачі даних (АОЛП) ARTOLINK входять діоптрійної приціли. Зовні, різні вироби серії відрізняються тільки типом з'єднувачів сигнальних портів.
Конструкція виробу захищена патентом РФ № 2155450.
АОЛС ARTOLINK серії М1 встановлені і експлуатуються в ряді регіонів Росії з найрізноманітнішими кліматичними умовами, а так само за кордоном - в Аргентині, Китаї, Південній Кореї і Сирії.
Історія FSO технології або атмосферної оптичного зв'язку почалася не в 90-х і не в 70-х роках XX століття, а багато століть раніше. Це - найдавніша серед відомих нам технологій телекомунікації.
Першими "системами" зв'язки стали сторожові пости, що розташовувалися навколо поселень на спеціально побудованих вишках або баштах, а іноді просто на деревах. При наближенні ворога запалювався багаття тревогі.Увідев вогонь, запалювали багаття вартові на проміжному посту, і ворогові не вдавалося застати жителів зненацька. Маяки і сигнальні ракети досі несуть свою "інформаційну службу" на море і в горах. Археологи, що вивчали пам'ятки матеріальної культури Стародавнього Риму, виявляли висічені на каменях зображення сигнальних веж, з запаленими на них факелами. Такі вежі влаштовувалися також у Великій Китайській стіні. До нас дійшла легенда трьохтисячолітньої давності про те, як вогні багать, запалених на вершинах гір, в ту ж ніч донесли Клитемнестре, дружині Агамемнона, ватажка греків у Троянській війні, звістка про падіння Трої. За 250 років до нашого літочислення в походах Ганнібала сигнальні вогні вже не були чимось незвичайним, і навіть сьогодні, в наш технічний вік, ми не можемо від них відмовитися. Необхідність передавати не тільки окремі сигнали типу "тривога", але і різні повідомлення призвела до застосування "кодів", коли різні повідомлення розрізнялися, наприклад, числом і розташуванням вогнищ, числом і частотою свистків або ударів в барабан і т.п. Греки в другому столітті до нашої ери використовували комбінації факелів для передачі повідомлень "по буквах". На море широке застосування знайшли сигнальні прапори різної форми і кольору, причому повідомлення визначається не тільки самими прапорами, а й їх взаємним розташуванням, а також "семафор" -Передача повідомлень зміною розташування рук з прапорцями (вдень) або ліхтарями (вночі). Потрібні були люди, які знають "мова" прапорів або семафора, які вміють передавати і приймати надіслані повідомлення. Яким би видом транспорту ні користувався житель сучасного міста - наземним або підземним, - він у владі "сигнальних вогнів" світлофора. Звичайно, сьогодні запалити такий "сигнальний вогонь" - справа нескладна, але так чи так уже далекі сучасні світлосигнальні пристрої, що регулюють рух метро і наземних транспортних потоків, від вогнів, які сповістили про падіння Трої?
Сигнальні вогні для водіїв автомобіля настільки звичні і незамечаемие пристрої, що ніхто і не замислювався про те. що вони - елемент FSO технології. Але якщо його інформаційні характеристики розширити і додати пристрій забезпечує скидання інформації на проїжджаючі або стоять перед світлофором машини, то без завантаження дорогого радіоефіру можна отримати на борту інформацію про пробки, маршруті, новини, музику і т.п. За 10 секунд стоянки на перехресті можна перекачати до 100 Мбайт інформації. І зв'язок при цьому також може бути двосторонньою.
Світло було і залишається важливими засобом передачі інформації і не дивлячись на свою примітивність, світлова сигналізація служила людям протягом багатьох століть. За цей час робилися спроби вдосконалити прийоми сигналізації.
Два таких способу розглянуті в книзі грецького історика Полібія. Перший з них полягав в наступному.
Виготовлялися два абсолютно однакових глиняних посудини висотою 1.5 м і шириною 0.5 м. У нижній їх частині робилися отвори одного перерізу, забезпечені кранами. Судини наповнювалися водою, по поверхні води в кожній посудині плавав корковий диск з прикріпленим до нього стійкою. На стійці були поділу або зарубки, відповідні найбільш часто повторюється подій. Судини встановлювалися на станціях відправлення і призначення. Як тільки піднімався факел, на обох пунктах одночасно відкривалися крани, вода витікала, і поплавці зі стійками опускалися до певного рівня. Тоді на передавальному пункті знову піднімали факел, крани закривалися і на приймальні станції читалися ті відомості, які потрібно повідомити.
Цікаво, що ні перший, ні другий способи Полібія в існуючій FSO технології не використовуються. Ми не про бочках і факелах, звичайно. Однак в системах з кінцевим і невеликою кількістю елементів інформаційних повідомлень не обов'язково передавати весь інформаційний сигнал. Системі безпеки (наприклад) потрібно передати 8 повідомлень. Якщо передавати безперервним світлом лазера потужністю 10 мВт і тривалістю по 10 з на кожне повідомлення, то з ймовірністю 99,9% його можна прийняти на відстані 6,5 км при видимості - 1 км. Другий спосіб можна представити у вигляді системи передачі паралельного коду. А греки могли, напевно, при гарній тренуванні, передавати до 30 букв алфавіту в хвилину або в наших поняттях 4 біт / с на відстань 2-4 км.
ЕПОХА ВІДРОДЖЕННЯ FSO
У XVII і XVIII століттях, коли отримали помітний розвиток наука, техніка і промисловість, стали прокладатися нові торгові шляхи і зав'язуватися тісні політичні та економічні взаємини між народами, з'являється гостра потреба у створенні більш досконалих і швидкодіючих засобів зв'язку. Цілком зрозуміло тому, що перші проекти спорудження нових сигнальних установок зародилися, перш за все, в таких країнах, як Англія і Франція, значно далі просунулися в своєму розвитку.
Особливу популярність серед перших винахідників спеціальної сигнальної апаратури придбав англійський вчений Роберт Гук, якого часто називають засновником оптичної телеграфії. Його апарат складався з дерев'яної рами, один кут якої обшивався дошками і служив загородою. За перегородкою ховалися предмети особливої форми, що позначали різні букви або фрази. При передачі повідомлень кожен такий предмет висувався в порожній кут рами і міг бути видимим на іншій станції. Для читання сигналів Гук запропонував використовувати незадовго до цього винайдені зорові труби, які стали потім невід'ємною частиною всіх сигнальних пристроїв.
Модель семафорного телеграфу Клода Шаппа (М 1:10; кін. XVIII ст.) Фото Івана Хилько (Центральний музей залізничного транспорту Укрзалізниці).
Оцінюючи винахід Шаппа, Ромм визнав дуже дотепним "спосіб писати в повітрі, виставляючи нечисленні літери, прості, як пряма лінія, по якій вони складені, ясно помітні одна від одної і передаються швидко на великі відстані ..." Схваливши в цілому винахід Шаппа, комісія рекомендувала продовжувати досліди. Свій прилад Шаппа спочатку назвав "ташіграфом", тобто "Скорописцем", але потім за порадою деяких з членів комісії перейменував його в "телеграф", або "дальнопісец", і з тих пір ця назва збереглася за всіма подібними апаратами до теперішнього часу.
Кількість проміжних постів
Час передачі одного знака. хв.
Незважаючи на порівняльну простоту споруди та його експлуатації, телеграф мав свої суттєві недоліки.
Але незважаючи на настільки широке поширення, оптичний телеграф уже не міг задовольнити наростаючих потреб людства в зв'язку і був приречений на поступове зникнення.
Славна епоха відродження оптичного зв'язку проіснувала понад півстоліття і підготувала для народжується століття електрики готову інфраструктуру обслуговування, кодувань і чиновників. І тут доречно поставити питання - хто є батьком-засновником FSO технології, в нашому, сьогоднішньому розумінні. Ймовірно, історик Полібій не може претендувати на цю роль, тому що він - історик. А сучасна FSO технологія - це в першу чергу управління джерелом випромінювання відповідно до одержуваних ззовні кодом. Система Шаппа працювала за рахунок природного освітлення і була системою паралельної передачі оптичного зображення. Принципово її можна представити у вигляді набору великих зображень букв, які по черзі піднімаються. Тому ми вважаємо, що реальним засновником FSO технології був Кесслер (Великобританія). Його бочка з ліхтарем всередині і дверцятами управління і зараз застосовується на всіх морських кораблях для зв'язку. Таким чином точкою відліку розвитку FSO технології буде 1695 рік (більш точну дату, сподіваюся ми уточнимо згодом). На даний момент FSO технології 307 років.
ТРОХИ філософії (з фізикою)
Здатність бачити світ з'явилася тим даром природи, який забезпечує до 95% інформації, що надходить ззовні майже для всіх тварин і рослин. Багато хто вважає, що тварини на землі можуть бачити в діапазоні від 0,4 до 1 мкм тільки через спектра Сонця, що має тут максимум, а на інших планетах космосу, вони вже можуть "бачити" в радіо або УФ діапазоні. Напевно, це не так. В реальності кванти світла ми не бачимо. Вони не можуть ні відбиватися, ні повертатися, ні затримуватися або сповільнюватися. Вони завжди летять прямо зі швидкістю світла у вакуумі. У них два головних властивості - це здатність народження на початку шляху і знищення в кінці. Ми бачимо, вимірюємо, фотографуємо і т.д. тільки електрони їх поглинули. Квант світла або фотон також невизначений і також реальний, як поняття цінності предмета. Ми можемо цінність виміряти грошима або визначити в відчуттях, в співвідношенні предметів, але ми ніколи не зможемо реально помацати цю цінність. У той же час вона абсолютно реальна. Уявімо собі, що Бог вирішив вибрати діапазон електромагнітних хвиль для економною, але високошвидкісний інформаційної системи зв'язку живого з неживим (тобто всіх звіряток, травинок і людей із зовнішнім світом). Дана система повинна також бути компактною (тобто вміщатися на клітинному рівні). Розглянемо діапазон частот від 100 МГц до 10 в 19 ступені Гц (це відповідає енергії гамма-кванта 100 кеВ), або довжинах хвиль від 3 м до 10 в -12 ступеня м. Нижче і вище немає сенсу рухатися - або все дуже громіздко, або занадто шкідливо. (1 еВ = 1,6.10-19 Дж) Як було сказано вище, фотони народжуються і вмирають, а всі інші проблеми ми вирішуємо з електронами. Тому визначимо при якій мінімальній енергії народиться 1 електрон на відстані 0,5-1 мкм. Це буде відповідати 1 біту інформації. Менше не можна, тому що не буває 0.5 електрона. Також слід пам'ятати, що на один біт не може бути менше одного фотона, яким би енергійним він не був. Для цього приблизно оцінимо кількість народжених електронів з відносини енергії фотона до енергії порога народження рухомого електрона помноженого на відношення довжини реєструючого матеріалу до довжини хвилі або довжині поглинання кванта в цьому матеріалі. Ефективність в Дж / біт або еВ / біт визначимо як енергію кванта поділену на число електронів при (N