Оптичні системибездротового зв’язку

7.1 Оптичні бездротові системи. Відмінність бездротового оптичного та радіозв'язку.

Бездротові оптичні лінії зв'язку використовують спектральний діапазон інфрачервоного лазерного випромінювання (як правило, від 400 до 1400 нм). Ця ділянка спектра відповідає так званому "вікну прозорості" атмосфери, завдяки чому поглинання випромінюваного сигналу атмосферними газами дуже мало. Граничні швидкості передачі інформації інфрачервоним каналом не перевищують 5-10 Мбіт/с.

Інфрачервоні канали поділяються на дві групи:

- канали прямої видимості, у яких зв'язок здійснюється на променях, що йдуть безпосередньо від передавача до приймача. При цьому зв'язок можливий лише за відсутності перешкод між комп'ютерами мережі. (протяжність каналу прямої видимості може досягати кількох кілометрів);

- канали на розсіяному випромінюванні, які працюють на сигналах, відбитих від стін, стелі, підлоги та інших перешкод (перешкоди в даному випадку не страшні, але зв'язок може здійснюватися лише в межах одного приміщення).

Встановлення широкосмугових ліній зв'язку між комерційними, муніципальними та житловими будинками може бути дуже необхідною з одного боку, але проблемною з іншого. Є кілька способів підключення та об'єднання в єдину мережу локальних обчислювальних мереж (ЛВС), розташованих у різних будинках. У тому числі можна використовувати волоконно-оптичний кабель, орендувати темне оптоволокно, скористатися послугами оператора зв'язку та встановити бездротові системи. Дороги, вулиці, автомобільні стоянки, водні перешкоди, залізничні лінії, системи та блоки кабельної каналізації часто створюють серйозні перешкоди для прокладання провідних магістральних ліній міжбудинками. Та й треба враховувати те, що прокладання кабелів вулицею може обійтися замовнику досить дорого. Широкосмугові орендовані лінії, незважаючи на простоту реалізації, також є дорогим варіантом.

Що таке FSO?

Системи FSO пропонуються у двох модифікаціях, у кожній із яких вікно передачі має різний діапазон довжин хвиль: одне вікно працює в діапазоні 780-850 нм, а інше використовує довжини хвиль 1520-1600 нм. Системи FSO з довжиною хвилі 780-850 нм надійні, економічно доцільні та придатні для більшості програм, у тому числі для мереж 1 Gb/s Ethernet. Системи атмосферної оптичної лінії зв'язку з довжиною хвилі 1520—1600 нм підходять передачі даних із вищою потужністю і великі відстані.

Є багато статей про вплив атмосферних явищ на бездротові засоби зв'язку і, зокрема, про туман на робочі параметри систем FSO. Зазначимо, що там, де відстань між точками доступу менше 500 м (типова довжина лінії зв'язку між будинками), немає жодних видимих відмінностей між цими двома технологіями незалежно від оптичної щільності повітря. Однак треба пам'ятати те, що системи, що працюють на довжинах хвиль 1520-1600 нм можуть коштувати в кілька разів більше, ніж системи з довжинами хвиль від 780 до 850 нм.

Стандартні системи FSO мають швидкість передачі від 6 Мб/с до 1.25 Гб/с. На реальному об'єкті у більшості систем швидкість передачі обмежується пропускною спроможністю локальної мережі, яку вона може підтримувати. Пропускна здатність лінії FSO не визначається частотою передачі сигналу, а залежить від здатності відправляти та приймати оптичний сигнал з максимально можливою швидкістю. Якщо передається і приймається достатня потужність пучка світла у системі FSO, швидкість передачі данихзалишається високою.

Порівняємо систему FSO з волоконно-оптичною лінією зв'язку. У волоконно-оптичній мережі швидкість передачі не зменшується через ослаблення сигналу, а дані або передаються взагалі, або передаються з великою кількістю помилок. Якщо рівень втрат (згасання) в волоконно-оптичній лінії зв'язку буде занадто високим, передача даних буде неможлива. Навпаки, бездротова система FSO реагує на ослаблення потужності сигналу, що приймається зменшенням швидкості передачі даних. Канал на устаткуванні FSO, який у ясну погоду працює зі швидкістю 24 Мб/с, передаватиме дані під час негоди зі швидкістю 18 Mб/с, 12 Mб/с або 6 Mб/с.

При передачі світла атмосферні фактори можуть викликати розсіювання та ослаблення лазерного променя, переданого між двома пристроями, і призводити до втрати сигналу або, у гіршому випадку, помилок передачі. Найсильнішим атмосферним чинником, який впливає передачу даних системи FSO, є туман. Оскільки туман є непостійним природним явищем, можливість роботи системи оцінюють за допомогою граничної відстані (видимість), де система може працювати в ясну погоду. В умовах туману відстань, на яку передаються інфрачервоні промені, приблизно вдвічі менша. Тому за поганих погодних умов видимість зменшується майже вдвічі. Якщо система FSO встановлена з урахуванням того, що видимість впаде під час туману в два рази, система буде підтримувати зв'язок і під час негоди. Дощ, сніг та забруднюючі речовини можуть також впливати на загасання сигналу, але зазвичай вони мають набагато менший вплив, ніж туман. До речі, за дощової погоди системи FSO працюють краще, ніж радіочастотні системи. Ефективним засобом протидії погодним умовамє використання сфокусованого пучка у поєднанні з функцією автоматичного вирівнювання.

Коригування пучка світла

Коригування пучка є важливим фактором продуктивності системи FSO. Навіть при належній установці приймач FSO дуже сприйнятливий до переміщення або зміщення пучка світла. Зміщення можуть викликати такі звичайні погодні явища, як вітер, але воно може також бути пов'язане зі зміною температури. Для коригування пучка світла в системах FSO застосовують два основні способи:

вузький, сфокусований пучок світла з автоматичним коригуванням зсуву

широкий пучок світла без коригування.

Системи з автоматичним коригуванням в змозі усувати зміщення, перш ніж несправне зміщення призведе до порушення передачі. Відстань і швидкість передачі є головними чинниками щодо необхідності автоматичної коригування. Короткі, до 200 метрів лінії зі швидкістю передачі 10 Мб/с менш уразливі, ніж 500 метрові лінії зі швидкістю передачі 1.25 Гб/с. Широкий пучок підвищує зону прийому. Однак серйозним недоліком є те, що ширший пучок більшою мірою схильний до загасання і тому більш сприйнятливий до погодних умов.

Вплив перешкод у межах прямої видимості

Перешкоди в межах прямої видимості можуть зменшувати швидкість передачі даних. Проте досвідчений установник може враховувати перепони зменшення потенційної можливості переривань передачі. Тимчасові перепони, наприклад птиці, зазвичай є причиною переривання передачі. Якщо птах перетне лазерний промінь, потужність прийнятого сигналу зменшиться, але все-таки буде достатньою для передачі даних. Якщо великий об'єкт повністю перешкодить променю, передача даних буде тимчасово перервана. Якщоу мережі використовуються протокол TCP/IP, цю проблему буде вирішено за допомогою повторної передачі пакета даних.

Безпека має особливе значення у всіх системах бездротового зв'язку. Оскільки радіочастотні системи випромінюють сигнали у всіх напрямках, сигнали можна просто і легко перехоплювати. Тому для підвищення безпеки радіочастотних мереж зазвичай застосовують кодування та різні засоби захисту інформації, що передається. Односпрямований промінь світла атмосферної оптичної лінії зв'язку перехопити важко. Оскільки системи FSO зазвичай встановлюють на дахах, порушнику потрібно подолати фізичну перешкоду і потрапити на дах. Та ще потрібно перехопити промінь світла і постаратися не перервати передачу даних. Багато виробників систем FSO прості моделі точок доступу дуже схожі на камери стеження, що є стримуючим фактором для потенційних шкідників.

У своїх межах система FSO є вигідною альтернативою провідним системам. Фактично, для вирішення однієї і тієї ж задачі системи FSO можуть коштувати в кілька разів менше, ніж прокладання волоконно-оптичних кабелів. Вони можуть бути досить швидко розгорнуті на об'єкті протягом декількох днів. Риття траншей є не тільки дорогим заходом, але й завдає шкоди навколишньому середовищу. У кількох містах США збираються навіть прийняти мораторій на прокладання волоконно-оптичних кабелів у траншеях. Лінії FSO обходяться дешевше і вигідніші, ніж оренда ліній зв'язку у провайдера.

Порівняння FSO та радіочастотної системи

За умови, що система FSO має вказані вище здібності в різних умовах, важливо порівняти (її) із системами бездротового зв'язку, заснованими на радіосигналах. У таблиці 1 показано переваги кожної системи.