Студенческая научная работа на тему:

АТМОСФЕРНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ С ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬЮ

Автор: Михайлов И.В.

Перечень сокращений и терминов

АОЛС (англ. FSO – Free Space Optics) – атмосферная оптическая линия связи
ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи
ИМ – интерфейсный модуль
ККО (англ. EСС – Error Correction Code) – коды коррекции ошибок
ЛВС – локальная вычислительная сеть
МК – модуль контроля
МО – модуль обработки
ОП – оптический передатчик
ОПР – оптический приемник
РОС – решающая обратная связь
ТУ – терминальное устройство АОЛС
BER (Bit Error Rate) - частота появления ошибочных битов
ISP (Internet Service Provider) – провайдер доступа к сети Internet
VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) – лазер с вертикальным эмитированием через полость в поверхности

ВВЕДЕНИЕ

В связи с постоянным развитием информационных технологий и расширением их сферы применения увеличиваются требования к пропускной способности каналов вычислительных сетей и их надежности. На настоящий момент доминирующим является использование оптоволоконных, медных проводных и радиоканалов. Однако в последние несколько лет быстро развивается технология атмосферных оптических линий связи. Их перспективность объясняется многими факторами: легкостью монтажа и эксплуатации, высокими (до нескольких Гбит/с) скоростями передачи, более выгодными по сравнению с традиционными средствами экономическими показателями. Однако технология находится на этапе развития и многие вопросы остаются нерешенными, некоторые из которых были проанализированы в данной работе.

1. Анализ существующих технологий и рынка цифровых систем связи

Данные были получены в результате анализа характеристик предлагаемого на рынке сетевого оборудования и [3,4,6,7].

1.1 Сравнение различных способов построения канала связи

Одной из основных проблем при построении современных цифровых сетей передачи данных (это могут быть ЛВС, стационарные телефонные сети, сети операторов сотовой связи и т.д.) является проблема выбора каналообразующего оборудования. Выбор этот достаточно широк. Рассмотрим следующие возможные способы построения канала связи: два беспроводных — радиосвязь и оптическая связь — и два проводных — на основе медного и волоконно-оптического кабеля с установкой соответствующей аппаратуры сопряжения.

При длине каналов порядка нескольких километров (или десятков километров) наиболее часто используются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Они обеспечивают высокие качество (частота появления ошибочных битов (BER – bit error rate) меньше 10-10) и скорость (ограничена только скоростью используемого интерфейса) передачи, но достаточно дороги. Так, стоимость прокладки километра волоконно-оптического кабеля в черте города может составить в среднем 6—10 тыс. долл. Волоконно-оптический кабель позволяет получить высокую пропускную способность сети и сделать ее максимально "прозрачной" для различных протоколов. Однако высокая стоимость его прокладки ограничивает использование ВОЛС.

Наиболее простой и дешевый вариант - использование в качестве канала связи обычный медный кабель (витые пары). Модемы для выделенных физических линий при значительной дальности (5—30 км) имеют невысокую скорость передачи (до 320 Кбит/с). Большая скорость (до 10 Мбит/с) может обеспечиваться при меньшем расстоянии (порядка нескольких километров) или при большем количестве линий связи.

В настоящее время для беспроводного обмена информацией широко применяются радиорелейные линии и радиомодемы. Предельный радиус действия беспроводных радиоканалов — 80 км (без использования ретрансляторов). Радиорелейные линии работают в диапазоне частот до 60 ГГц и, как правило, обеспечивают скорость передачи от 2 до 34 Мбит/с, хотя существуют решения на 140 Мбит/с и выше. В корпоративных сетях более популярны радиомодемы. Различают радиомодемы, работающие в узком (narrow band) и широком (spread spectrum) спектре частот. Для радиомодемов первого вида характерны диапазон частот до 1 ГГц и скорость передачи до 128 Кбит/с, а для радиомодемов второго вида — диапазон частот до 5,85 ГГц и скорость передачи до 2 Мбит/с. Однако при использовании радиомодемов и радиорелейных линий возникает проблема, связанная с искажением или даже потерей сигнала из-за засоренности радиоэфира. К тому же само радиооборудование является источником помех. Для повышения качества связи производители вынуждены идти на различные ухищрения, но, несмотря на это, проблемы остаются. Нельзя забывать и о трудностях, связанных с получением лицензии на использование радиоканала.

Сейчас интенсивно развивается другая технология беспроводной связи — АОЛС (атмосферные оптические линии связи, или FSO – Free Space Optics). По нашему мнению, она имеет бесспорное преимущество перед радиосвязью при организации беспроводных мостов ("точка—точка") на расстоянии порядка нескольких километров. В пользу технологии АОЛС свидетельствуют следующие характеристики:

• скорость передачи данных может достигать нескольких Гбит/с;
• частота появления ошибочных битов (BER) от 10-10 до 10-9;
• ни в одной из стран не требуется лицензия на использование диапазона частот, используемых в системах АОЛС;
• практически стопроцентная защищенность от помех радиодиапазона (помехи могут воздействовать только непосредственно на оконечное оборудование)
• небольшое (порядка нескольких часов) время развертывания, что позволяет компаниям производить быстрый захват сегментов сети. Причем системы АОЛС могут использоваться лишь на начальном этапе монтирования сети и после создания постоянных соединений быть перенесенными в другой сегмент
• меньшая, по сравнению с другими аналогичными по пропускной способности решениями, стоимость.

В таблице 1.1 приведены длительность и расчетная стоимость постройки магистральных каналов с использованием различных технологий. Данные взяты из статьи [10].

Таблица 1.1 Длительность и расчетная стоимость постройки магистральных каналов с использованием различных технологий

Как мы можем видеть, при построении магистральных каналов АОЛС выигрывают практически по всем характеристикам.

Однако бывают ситуации, когда даже такая стоимость АОЛС может оказаться слишком высокой. В частности, АОЛС технологии практически не используются в обширной и интенсивной развивающейся области построения городских районных вычислительных сетей. По этой же причине АОЛС практически не используются в качестве оборудования “последней мили”. Это объясняется высоким нижним пределом стоимости АОЛС. Самая дешевая на сегодняшний момент АОЛС  БОКС-10МЛ (50 – 250м, 10Мб/c) имеет стоимость $1200. Если говорить о зарубежных аналогах, то там цены на порядок выше.(Flight Path 20/200, до 200м, до 20 Мбит/c, $24000). Это объясняется тем, что на данный момент большинство АОЛС позиционируются именно как магистральные средства.

  Другим сдерживающим фактором является степень недоверия к ОАЛС, что объясняется новизной технологии и зависимости от погодных условий. Для его преодоления необходимо использовать различные методы повышения надежности АОЛС, в частности использовать алгоритмы помехозащищенной передачи данных, криптографическую защиту и т.д.

Т.о. необходимо подчеркнуть экономическую целесообразность разработки и внедрения АОЛС “сверхнизкого’ ценового диапазона, обладающей следующими характеристиками:

• небольшой (до $500) стоимостью
• относительно небольшой дальность связи (200 – 500 м)
• широким диапазоном скоростей (2 – 100 Мбит/c)
• обеспечивающую помехозащищенную передачу данных.

1.2 Технологии, применяемые в АОЛС

Приемопередатчик АОЛС выполняется в защищенном и обогреваемом корпусе. При разработке приемопередатчиков для АОЛС принимаются специальные меры для обеспечения их устойчивой работы во всем диапазоне погодных условий. Например, для защиты от прямых встречных лучей солнца объектив приемника может быть закрыт блендой, а для защиты от гидрометеоритов (снега и дождя) и птиц диаметр луча сделан большим (около 2 м в области приемника). Следует отметить, что туман оказывает гораздо большее влияние на качество передачи, чем снег и дождь. Это связано с тем, что на капельках тумана, размер которых сопоставим с длинной волны оптического излучения,  луч рассеивается сильнее, чем на капельках дождя или частицах снега. Подобной неприятности можно избежать, выбрав оборудование, обеспечивающее запас по дальности связи (т. е. чувствительности приемника).

Время развертывания (свертывания) оборудования АОЛС составляет несколько часов, что удобно при необходимости быстрого подключения какого-либо оборудования в случае отсутствия канала связи или его аварии, а также при переезде фирмы.
Построение всех инфракрасных систем передачи практически одинаково: они состоят из интерфейсного модуля, модулятора излучателя, оптических систем передатчика и приемника, демодулятора приемника и интерфейсного блока приемника. В зависимости от типа используемых оптических излучателей различают лазерные и полупроводниковые инфракрасные диодные системы, имеющие разные скорости и дальность передачи. Первые обеспечивают дальность передачи до 15 км со скоростями до 155 Мбит/с (коммерческие системы) или до 10 Гбит/с (опытные системы). Следует отметить, что с ужесточением требований к качеству канала дальность связи снижается. Вторые обеспечивают существенно меньшую дальность передачи, хотя по мере развития технологии дальность и скорость связи возрастают.

Главное преимущество полупроводниковых диодов заключается в высоком времени наработки на отказ. Кроме того, такие каналы менее чувствительны к резонансному поглощению в атмосфере. Форма сечения луча от полупроводниковых диодов практически круглая.

Недостатки полупроводниковых диодов и, соответственно преимущества лазерных, заключаются в том, что из-за широкой полосы излучения существуют теоретические сложности в передаче высокоскоростного сигнала. Передатчик должен передавать как можно более узкополосный сигнал с наименьшим количеством мод. Лазерные диоды как раз и обладают такими свойствами, но чем уже полоса сигнала, тем больше потенциальная вероятность того, что сигнал попадет в атмосфере в резонансную полосу поглощения какого-нибудь газа и качество сигнала снизится.

Форма сечения луча от лазерных диодов - эллиптическая. Для борьбы с этим недостатком применяют различные методы: от использования призматических линз до ограничения апертуры оптической системы при потере части мощности.

Существует еще и промежуточная группа устройств, в которых для передатчиков используются лазерные диоды VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser -- лазер с вертикальным эмитированием через полость в поверхности). Эти устройства обладают узкой полосой излучения и высоким временем наработки на отказ, а также круглой формой сечения луча. Однако на данном уровне развития технологии мощность их излучения не превышает 7 мВт на диод в многомодовом режиме, поэтому для увеличения выходной мощности применяют несколько излучателей, работающих одновременно, что осложняет синхронизацию между ними.

Возможно также создание резервного радиоканала. В этом случае существенно повышается дальность передачи, т.к. не существует  погодных условий, препятствующих работе одновременно обоих каналов, т.о. возможно использование АОЛС и радио устройств практически на предельной дальности, не создавая запас мощности на случай плохих метеоусловий.

В табл. 1.2 представлены характерные зарубежные и отечественные АОЛС

Табл. 1.2 Зарубежные и отечественные системы АОЛС

В [8] можно найти подробную сводную таблицу существующих АОЛС.

1.3 Выводы

В результате анализа была доказана целесообразность применения АОЛС как при построении магистральных каналов. На данный момент на рынке существует большое количество зарубежных и отечественных (в основном российских) решений. К их недостаткам следует отнести высокую стоимость, что делает невозможность их применения для построения для построения недорогих (и как правило коротких) каналов, в которых возникает необходимость при создании районных и кампусных сетей, для связи сегментов ЛВС с “труднопроходимым” (дорога, река, железная дорога) участком между ними.

Т.е. необходимо подчеркнуть, что на данный момент ни отечественными, ни зарубежными производителями продукты в нише недорогих (до $500) АОЛС не представлены.

Другим недостатком существующих ОАЛС является отсутствие каких либо  алгоритмических систем повышения помехоустойчивости в большинстве АОЛС. Т.е. АОЛС представляют собой продолжение проводного канала. Хотя плюсом данного решения является то, что оно обеспечивает полную прозрачность для сетевых протоколов даже наиболее низкого канального уровня, что позволяет легко встраивать АОЛС в структуру любой сети с последовательной передачей данных по каналу связи.

В итоге, можно подчеркнуть следующие перспективные направления развития АОЛС:

• разработку дешевых АОЛС
• разработка алгоритмов повышения помехозащищенности с сохранением прозрачности канала АОЛС для сетевых канальных протоколов. Их эффективная реализация с учетом минимизации стоимости готовой АОЛС

2. Анализ вариантов использования АОЛС в структуре сети. Требования к АОЛС

В зависимости от того, в каком месте сети используется канал АОЛС, к нему выдвигаются различные требования. Были проанализированы различные варианты и выделены следующие:

• использование АОЛС в качестве оборудования “последней мили”
• для связи сегментов ЛВС
• для организации магистральных каналов
• в высоконадежных каналах

Были выделены требования к каждому из них.

2.1 Использование АОЛС в качестве оборудования “последней мили”

Проблема “последней мили” заключается в следующем – организациям, предоставляющим услуги доступа к Internet (или другой вычислительной) конечным пользователям  (такие организации часто именуют ISP - Internet Service Provider) необходимо организовать каналы связи многих территориально разобщенных пользователей с единой точкой доступа. Причем распределение пользователей на местности может быть таково, что каждому из них может потребоваться свой индивидуальный канал доступа. Обычно в этом случае применятся доступ по телефонным каналам (dial-up) и проводным выделенным линиям. Технология АОЛС предлагает альтернативную схему подключения (рис.2.1).

Рис.2.1 Использование АОЛС в качестве оборудования “последней мили”

Рассмотрим требования, выдвигаемые к системе АОЛС в данном случае:

• Пользователи могут располагаться на большом расстоянии от точки доступа, поэтому необходима большая дальность связи (порядка нескольких километров)
• Ширина канала ограничена потребностями одного пользователя, поэтому, поэтому возможно применение относительно низкоскоростных устройств (до 1 Мбит/c).
• Требования к доступности канала могут колебаться в больших пределах, но, как правило, доступность канала порядка 98% - 99% времени вполне устраивает пользователя. Это позволяет увеличить дальность связи, что прекрасно согласуется с п.1.

Актуальность использования АОЛС в качестве оборудования “последней мили” неоднократно подчеркивается во многих источниках, в частности [4], [6], [7].

В случае территориальной общности пользователей возможно объединение их с помощью высокоскоростной ЛВС. В этом случае АОЛС может использоваться для связи различных сегментов сети.

2.2 Использование АОЛС для связи сегментов ЛВС

Типичный случай – объединение пользователей внутри здания с помощью проводных технологий (витой пары, коаксиального кабеля) а связь между зданиями организуется с помощью АОЛС (рис.2.2)

Требования к АОЛС каналу в этом случае:

• Основное требование – высокое быстродействие. Т.е. решения, не обеспечивающие скорость хотя бы 10 Мбит/с не находят применения в данной нише. Оптимальным является использование каналов 100 Мбит/c или 1 Гбит/c.
• Необходимая дальность связи может достаточно сильно колебаться (от 10 метров до нескольких километров), но, как правило, не превышает 1 км.
• Требования к доступности канала также не очень жесткие, что в сочетании с небольшой дальностью дает возможность использовать маломощные передатчики с высокой расходимостью луча. 

В частности, как средства для связи сегментов ЛВС позиционируются устройства МОСТ 100/500 FE и 2FE (см. [3]), SONABEAM 155-M, 155-S и 155-E (см. [4]), PL-100/155/1TX PD (см. [7]), хотя они и имеют достаточно высокую стоимость для активного применения в данном сегменте.

2.3 Создание магистральных каналов на основе АОЛС

В этом случае к калам предъявляются очень жесткие требования:

• Максимально высокая скорость передачи (порядка нескольких Гбит/c)
• Высокая надежность – доступность канала должна быть более 99,999%
• Высокая дальность связи (порядка десятков километров)

Очевидно, здесь невозможен компромисс между дальностью передачи и доступностью канала. В этом случае необходимо применять мощные передатчики и высокочувствительные приемники или резервирование с помощью другого канала. Например, в качестве резерва для высокоскоростной АОЛС может использоваться более медленный проводной канал.
Другим эффективным решение является дублирование АОЛС с помощью радиоканала. В этом случае существенно повышается дальность передачи, т.к. не существует  погодных условий, препятствующих работе одновременно обоих каналов, т.о. возможно использование как АОЛС так  и радиоустройств практически на предельной дальности, не создавая запас мощности на случай плохих метеоусловий (для АОЛС наихудшими условиями является туман, для радио – дождь. Причем одновременное их появление невозможно).
Данный класс АОЛС представлен наиболее широко. Некоторые существующие решения: SONABEAM 1250-M, PL-1G/3TX и др.

2.4 Высоконадежные каналы на основе АОЛС

Возможно создание на базе АОЛС высоконадежных и высокозащищенных каналов. Они используются при связи банковских терминалов, в системах наблюдения и контроля и т.д. В пользу АОЛС в этом случае говорят следующие факторы:

• сложность перехвата и обнаружения канала Перехватить сигнал можно только находясь на линии передачи, причем обнаружить саму линию возможно только по расположению приемопередатчиков или по отраженному от атмосферных частиц излучению. В отличие от радиосетей, где обнаружение канала и прием информации возможен с помощью простейших средств
• канал АОЛС не создает радиоизлучения и не подвержен радиопомехам. Это важно при использовании вблизи источников сильного электромагнитного излучения (радио и телестанции,  радиолокаторы и т.п.) так и вблизи приборов, чувствительных к электромагнитному излучению (медицинское оборудование)

Требования по дальности и скорости передачи могут быть различны, основные отличия:

• Высокая доступность канала
• Высокая надежность канала
• Высокая помехозащищенность канала. В отличие от каналов универсальных вычислительных сетей, где контроль за передачей и целостностью данных может осуществляться протоколами более высоких уровней (канал АОЛС представляет связь на физическом уровне, т.е. фактически работает как “оптический удлинитель” для линии связи) в данном случае высокая специализация связываемых устройств требует возложить контроль на устройства АОЛС.
• Криптозащита.

Решения для данного сегмента существуют, но они отличаются высокой стоимостью.

2.5 Необходимость использования контроля передачи и целостности данных

Хотя в некоторых случаях канал АОЛС оставляет контроль над корректностью преданных данных узлам сети, в остальных может потребоваться гарантированная целостность данных при передаче через канал АОЛС по следующим причинам:
Исходя из требований к АОЛС при различных вариантах использования, был сделан вывод о целесообразности применения алгоритмов защиты от помех. Доводы в пользу этого следующие:

• Реализация этих алгоритмов на уровне канала АОЛС значительно эффективнее. Как правило, на канальном и более высоких уровнях при повреждении кадра его необходимо передать заново. При реализации на уровне канала АОЛС достаточно передать заново небольшой пакет в несколько сотен бит или же восстановление будет производиться за счет избыточности кода (при использовании кодов коррекции ошибок).

• Помехоустойчивое кодирование позволит увеличить дальность передачи за счет компенсации нестабильности канала при повышенной дальности.

• При кодировании возможно использование информации о физическом состоянии канала: погодных условий (прозрачности атмосферы, температуре), уровне фоновой засветки и т.д.
• Возможна разгрузка оборудования узлов сети. Это весьма актуально при больших объемах передаваемой информации.
• Необходимость гарантированной доставки данных в высоконадежных каналах.

Требования к разрабатываемой АОЛС

Исходя из рассмотренного выше, можно поставить следующие требования, выдвигаемые к экономически перспективной АОЛС.

Основное требование – низкая стоимость. На данный момент полностью свободен ценовой сектор АОЛС до $1000. Оптимальной является цена до пяти сотен долларов. Область применения подобных устройств  - связь сегментов ЛВС в сетях микрорайонов и кампусов, а так же в некоторых случаях в корпоративных и промышленных сетях.

В связи с этим выдвигаются следующие требования к аппаратуре АОЛС:

• Стоимость АОЛС должна превышать $1000. Оптимальной является стоимость порядка $200 - $500.
• Дальность связи 200 – 300 м. Возможно до 1 км.
• Скорость передачи данных 10 – 100 Мбит/c. В отдельных случаях достаточно скорости 1 – 2 Мбит/c.
• Необходимо обеспечить одно из основных преимуществ всех современных АОЛС - прозрачность для сетевых протоколов канального уровня. Это обеспечит наиболее простой способ введения АОЛС в структуру сети – включение оптической системы в разрыв проводного канала.
• Терминальные устройства АОЛС должны иметь выделенный структурно блок согласования с параметрами проводного канала. В этом случае не меняя реализацию остальной части АОЛС, но предлагая различные варианты блока согласования можно реализовать интерфейсы с различными проводным последовательными каналами (10BASE-T, 100BASE-T, 10BASE-FL, RS-232, USB и др.)
• Необходимо использовать алгоритмы помехозащищенной передачи данных. Это позволит повысить стабильность канала и за счет этого повысить дальность связи или снизить требования к оптической приемопередающей аппаратуре.
• Возможна реализация криптографической защиты в той мере, в какой это не противоречит п.1. Или же разработка 2х типов АОЛС: с криптозащитой и без нее.
• Высокая надежность АОЛС и большое время наработки на отказ.
• Легкость монтажа. Достаточно легко реализуется за счет ограничения п.2, т.к. небольшая дальность позволяет обойтись без сложных систем юстировки и автонаведения, а дрейф опорных конструкций (домов, столбов, мачт) под действием ветра, нагрева и других природных факторов слабо сказывается на уходе оптического луча от оптимального направления.
• Возможно любое повышение дальности, скорости и надежности связи, если это не противоречит п.1 и другим требованиям.

Канал АОЛС реализует физическую среду передачи данных и прозрачен для программного обеспечения (далее ПО) станций сети. Это позволят использовать любое ПО, обеспечивающее передачу данных по тому типу сегмента сети, в которую включен канал АОЛС. Однако необходимо разработать программу мониторинга параметров АОЛС, которая будет с оборудованием АОЛС, получать информацию о ее состоянии и управлять ее параметрами в соответствии с командами пользователя. Для этого в оборудовании АОЛС должен быть предусмотрен отдельный интерфейс. 

3. Структура аппаратных и программных средств для реализации канала АОЛС

Рассмотрим схему подключения канала АОЛС к ЛВС  или отдельной ЭВМ. Один из возможных вариантов представлен на рис.3.1

При простейшей реализации канала АОЛС он прозрачен на физическом уровне и представляет собой просто “удлинитель” среды передачи, т.е. передатчик АОЛС выполняет только простейшее преобразование сигналов (например, напряжение в мощность оптического сигнала), не затрагивая даже способ кодирования. Приемник выполняет обратное преобразование. Т.о. обеспечивается минимальная задержка в распространении сигнала (порядка нескольких битовых интервалов), а весь контроль корректности и защиты передачи ложится на узлы сети. В этом случае канал АОЛС может совсем не иметь цифровых схем и представлять аналоговый модулятор (передатчик) и усилитель (приемник) с соответствующим оптическим оборудованием.

В более сложном случае канал АОЛС обеспечивая прозрачность на физическом уровне, дополнительно выполняет некоторые интеллектуальные функции:

• Перекодировка сигнала. Представление последовательного сигнала, поступающего на вход передатчика, в другом коде с повышения надежности передачи и снижения требования к пропускной способности канала
• Повышение надежности передачи за счет перекодирования в код с большей избыточностью или за счет повторной отправки поврежденных пакетов
• Шифрование информации
• Мультиплексирование нескольких каналов

В этом случае задержка, вносимая каналом, существенно возрастает.

Еще один вариант, это реализация канала АОЛС на канальном уровне или сетевом уровне. В этом случае устройства АОЛС  реализуют функции коммутатора или маршрутизатора. Это увеличивает сложность оборудования АОЛС, но позволяет более гибко управлять передачей. Очевидно, что задержка, вносимая каналом в этом случае, максимальна.

3.1 Структура аппаратных средств АОЛС

Была разработана следующая структура терминального устройства (ТУ) канала АОЛС (рис.3.2).

Модуль обработки (МО) выполняет логическое преобразование данных. Конструктивно МО может быть выполнен как микроконтроллер или FPGA.

Интерфейсные модули ИМ1, ИМ2, ИМ3 предназначены для согласования сетевых сигналов, сигналов к модулятору и от усилителя с шиной МО. Введение в схему структурно выделенных интерфейсных модулей обусловлено требованиями универсальности. В этом случае возможна замена принимающего или передающего оптоэлектронного блока или интерфейса с проводной сетью не затрагивая остальные модули системы, а только заменяя относительно простые интерфейсные модули ИМ3, ИМ2 и ИМ1 соответственно. Это позволит на общей аппаратной базе разработать ряд продуктов, охватывающих больший сегмент рынка.

Модулятор предназначен для управления излучателем световых волн в соответствии с сигналами, поступающими от МО через ИМ2.

Оптический передатчик ОП представляет собой устройство для создания светового потока и в зависимости от конструкции может включать в себя набор лазерных элементов или светодиодов, оптическое устройство фокусировки и т.д.

Оптический приемник ОПР выполняет прием оптического сигнала. Может выполнять его преобразование в электрический сигнал.

Усиление сигнала от ОПР перед вводом его МО через ИМ3 выполняется отдельным усилителем.

Для контроля за состоянием и работой АОЛС введен модуль контроля МК. Он выполняет следующие функции:

• осуществляет прямой мониторинг исправности узлов ТУ
• осуществляет прием от МО информации о логическом состоянии оптического канала – количества ошибок, времени недоступности канала и т.д.
• получает от ОП и ОПР информацию о физическом состоянии оптического канала – уровне фоновой засветки, мощности сигнала от другого ТУ, отклонении светового потока и.п.
• получает от датчиков информацию о температуре, влажности, атмосферном давлении, на основании которой осуществляет коррекцию мощности излучателя
• осуществляет обмен информацией с другим ТУ
• активирует в случает  неработоспособности канала АОЛС резервный канал
• осуществляет  взаимодействие с внешним управляющим устройством через специальный порт или через сетевой интерфейс (например, доступ  к МК может осуществляться по TCP/IP протоколу).

Технологически МК может реализовываться как отдельный модуль или совместно с МО.

Возможны различные варианты отображения логической структуры ТУ на физическую. Основные варианты следующие:

• компоновка ТУ в виде единого блока
• размещение МО, МК и интерфейсных модулей в одном блоке, а оптических модулей, модулятора и усилителя – в другом.  Этот вариант может применяться, когда необходимо защитить МО и МК от воздействия внешней среды, или если проводная линия связи с ТУ проходит вне офиса фирмы или банковского филиала (например, при размещении ТУ на крыше здания) и необходимо предотвратить перехват информации. В этом случае информация по проводному каналу связи с ТУ передается уже закодированная. Подобную компоновку использует большинство существующих промышленных устройств.
• размещение в выносном блоке исключительно оптической системы, сигнал к (и от) которой передается по световоду от основного блока. Этот вариант, в дополнение к преимуществам, получаемым в п.2, позволят полностью устранить влияние электромагнитного излучения на проводную линию связи с выносным устройством, минимизировать стоимость выносного оборудования, обеспечить максимальную электрическую развязку (что весьма важно для защиты от молний), позволяет избежать подвода питания к выносному устройству.

3.2. Структура программных средств АОЛС 

Как уже отмечалось, одним из основных преимуществ АОЛС является прозрачность для протоколов канального уровня сети. Однако в большинстве случаев это достигается отсутствием контроля над передачей данных и негарантированностью доставки данных. В этом случае выполнение этих функций ложится на программное обеспечение узлов сети, причем на сетевые протоколы достаточно высоких (сетевого и сеансового) уровней, что вызывает большую вычислительную нагрузку на узлы сети, особенно при больших скоростях передачи. В случае необходимости использования криптографической защиты нагрузка еще более возрастает, и к тому же появляется необходимость в платформозависимых программных модулях, осуществляющих шифрование данных.

Поэтому предлагается реализация вышеназванных функций в МО терминального устройства АОЛС. В этом случае узлы сети не нуждаются в специфическом ПО, чем обеспечивается полная платформенная независимость, так же появляется возможность реализовать алгоритмы контроля передачи и криптографической защиты более эффективно.

Т.о. МО выполняет логическое кодирование/декодирование данных для повышения помехозащищенности, криптозащиты и большего соответствия физическим характеристикам канала. Он так же осуществляет контроль над передачей данных (например, запрос на повторную передачу поврежденных данных).

Единственным платформозависимым ПО остается программа взаимодействия с МК ТУ, которая получает информацию о состоянии АОЛС и позволяет регулировать ее параметры.

4. Методы повышения помехоустойчивости каналов АОЛС

Вопросами распространения оптического излучения в атмосфере занималось и занимается большое количество научных работников и институтов. Работы сделанные до 1970г. подробно рассмотрены в монографии В.Е.Зуева "Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере"[1]. Также большой интерес представляют работы [2,5,6,8].

4.1 Атмосферные явления, влияющие на канал АОЛС

Рассмотрим атмосферные явления, влияющие на передачу данных по FSO каналу:

1. Релеевское рассеяние оптического сигнала в атмосфере.

 Энергетические потери оптического сигнала из-за аэрозольного и молекулярного (релеевского) рассеяния являются одним из главных факторов, определяющих искажение сигнала. Существуют таблицы, по которым энергетические потери оптических сигналов, обусловленные молекулярным рассеянием, могут быть определены с большой точностью. Как правило, эти потери относительно малы (10-2/км от уровня сигнала) и при расчете оптических каналов ими часто пренебрегают [1].

2. Аэрозоли.

 Наиболее часто встречающиеся в атмосфере аэрозоли представляют собой капли воды в жидком и твердом состояниях, объединяемые общим понятием - гидрометеоры (дождь, туман, снег и т.д.).

Ослабление энергии волны видимого и ИК-диапазонов объясняется тем, что волна наводит в каплях токи смещения. Кроме того, токи смещения являются источниками вторичного и рассеянного излучения, что также создает эффект ослабления в направлении распространения волны, причем в видимом диапазоне основные потери энергии создаются за счет явления рассеяния.

Аэрозоли - это нормальная составляющая атмосферы; у поверхности Земли ее содержание меняется от нескольких мкг/м3 в очень чистом воздухе, до величины более 100 мкг/м3 в загрязненной атмосфере. К аэрозолям в атмосфере относятся переносимые ветром частицы пыли и морской соли, продукты сгорания (сажа, пепел), конденсированные органические остатки и вещества, образующиеся в результате химических реакций в атмосфере, включая такие соединения, как сульфаты, нитраты, H2S, NH3, герпенты и т.п. Макрочастицы, в своем большинстве, удаляются из атмосферы вследствие гравитации, конденсации на частицах с последующим выпадением с дождем, а также за счет захвата выпадающими осадками.

В облаках и туманах наиболее вероятное значение радиуса частиц составляет 5-6 мкм, а в дымках на 1-2 порядка меньше. Поэтому ослабление микронного излучения в дымках ниже. Результаты измерений прозрачности дымок, туманов и осадков в различных климатических районах изложены в [1]. При этом теоретически и экспериментально показано, что ослабление сигнала при дожде и снегопаде меньше, нежели при тумане (табл. 4.1).

Таблица 4.1 Ослабление излучения в диапазоне 0,85 мкм в зависимости от погодных условий по [9]

На рис.4.1 приведены кривые ослабления лазерного сигнала в различных аэрозолях по данным Информационно-технологического центра Новосибирска.

Рис.4.1 Зависимость ослабления света в аэрозолях от расстояния при различных метеофакторах.

Из табл.4.1 и рис.4.1 видно, что главными ограничителями дальности АЛС являются густой снег и густой туман, для которых аэрозольное ослабление максимально.

3. Влияние молекулярного поглощения.

Каждый химический элемент имеет свой набор частот поглощения электромагнитной и световой энергии, называемый спектром поглощения. Зная спектры поглощения различных молекул, входящих в состав атмосферы, и концентрацию данных веществ, можно определить коэффициент пропускания атмосферой излучения заданной длинны волны. На практике учет всех линий поглощения молекул в атмосфере - весьма сложная задача. Учесть молекулярное поглощение можно двумя путями: составить физическую модель атмосферы и снять экспериментальные данные и экстраполировать их. Проблемой составления физической модели атмосферы занимался в частности Институт Оптики Атмосферы СО РАН. За годы исследования проделана большая работа. Как результат этих работ появился веб-сайт [2], на котором можно рассчитать молекулярное поглощение атмосферы при заданных условиях. На рисунке 4.2  показана зависимость пропускания атмосферы, снятая экспериментально.

Рис. 4.2 Зависимость пропускания атмосферы от длины волны

При расчете оптических атмосферных линий связи выбирается так называемое ``окно'' прозрачности атмосферы, в котором будет работать оптико-электронный прибор. В случае использования в качестве передающих элементов лазеров, необходимо с большой точностью знать спектр излучения лазера, спектр поглощения атмосферы на выбранном участке и закон изменения спектра излучения лазера от воздействия внешних возмущений (изменение давления, нагрев рабочего тела).

4. Влияние турбулентности

В действительности характеристическая длина атмосферных турбулентностей настолько велика, а потому рассеивающее действие их столь мало, что потери на рассеяние из-за турбулентностей малы, затухание от рассеяния на турбулентностях всегда намного ниже 1дБ/км. Однако, турбулентности могут заметно переформировывать волну, а так же сильно отклонять. При этом потери передачи колеблются во времени, а когда оптический пучок совсем уходит от приемника, связь прекращается. Чтобы уменьшить указанные колебания до допустимого уровня и сделать малыми время перерыва из-за качания луча, нужно соответственно увеличить диаметр пучка.
Атмосферные турбулентности с их пространственными и временными колебаниями показателя преломления зависят от погодных условий, характера местности и высоты прохождения луча над землей. Кроме того, они меняются в зависимости от времени дня и года.
Флуктуации амплитуды и фазы волны в оптическом пучке приводят к появлению помех, связанных с изменением структуры оптических пучков: расширению оптического пучка, флуктуациям направления его распространения и расщеплению оптического пучка.
Расщепление оптического пучка на небольших расстояниях проявляется в виде сложной структуры наблюдаемого пятна (например на экране). С увеличением расстояния глубина пространственной модуляции возрастает. Данный эффект присутствует только при использовании лазеров в качестве излучающих элементов (обусловлен когерентностью лазерного излучения).
Рассеяние оптических волн на случайных неоднородностях показателя преломления воздуха приводит к флуктуациям интенсивности распространяющегося в атмосфере оптического излучения. Экспериментальное измерение флуктуации интенсивности оптического сигнала показало [1], что спектр флуктуации находиться в диапазоне от 0 до 5000Гц, увеличение диаметра приемника приводит к уменьшению высокочастотной составляющей. Уменьшение происходит за счет усреднения большего количества принятого излучения. При диаметра приемника 100 мм, основной спектр флуктуации лежит от 0 до 2800 Гц. Среднее изменение мощности оптического сигнала не более 1дБ.

5. Фоновые помехи.

Все фоновые помехи имеют две составляющие, первая - медленно меняющаяся во времени часть, которую в данный конкретный момент времени можно считать постоянной. И вторая, быстро меняющаяся фоновая помеха (модулированная по интенсивности). Большинство природных источников фонового излучения меняют интенсивность излучения медленно, при расчетах его необходимо учитывать как постоянную составляющую фоновых помех. Для борьбы с этим типом помех, необходимо использовать развязывающие конденсаторы. Вторая составляющая фоновых помех от естественных источников, модулированная по интенсивности, в настоящее время не обнаружена[3]. Техногенные, быстро меняющиеся фоновые помехи имеют локальный характер, для борьбы с ними необходимо использовать пространственную фильтрацию.

Среди естественных посторонних источников, взаимодействие оптического излучения которых с атмосферой приводит к появлению заметных фоновых помех, Солнце является наиболее мощным.

В инфракрасной области спектра становится заметным вклад энергии от теплового излучения атмосферы и земной поверхности. Соотношение вкладов теплового излучения и солнечного рассеянного или отраженного излучения в уровень фоновых помех в дневное время, зависит от многих факторов (от состояния атмосферы, условий наблюдения, положения солнца и др.). Тем не менее приближенно во всех случаях можно считать, что в области больше 4 мкм доминирует тепловое излучение атмосферы и земной поверхности с максимумом в спектре излучения области около 10 мкм. В спектральной области меньше 3 мкм преобладает роль фоновых помех, обусловленных солнечным излучением с максимумом видимой области спектра. В интервале длин волн 3-4 мкм имеет место минимум уровня помех, обусловленных двумя составляющими излучению, одна из которых (солнечное излучение) убывает, а другая (тепловое излучение атмосферы и земной поверхности) возрастает с ростом длины волны.                      

Кроме теплового равновесного излучения в атмосфере всегда присутствует неравновесное излучение, вызванное рядом физических и химических процессов, которое имеют место при взаимодействии оптической и жесткой солнечной радиации с атмосферой. Результатом этих процессов является слабая люминесценция атмосферы. Принято нетепловое оптическое излучение называть свечением атмосферы. Характерным для этого неравновесного излучения атмосферы является значительная спектральная селективность. В видимой области спектра свечение является линейчатым, в инфракрасной области эмиссионные линии имеют несколько большую спектральную ширину.

6. Нелинейные эффекты распространения.

При распространении в атмосфере оптического излучения мощностью более нескольких сотен киловатт, возникает целая серия нелинейных эффектов.

Облучение частиц атмосферных аэрозолей мощным направленным излучением сопровождается рядом эффектов, приводящих к изменению условий распространения радиации в среде. Среди этих эффектов наибольший практический интерес представляет испарение частиц за счет поглощенной ими энергии поля. Изменение размеров частиц обуславливает соответствующее изменение объемных полидисперсных коэффициентов ослабления. Таким образом, прозрачность слоя рассеивающей среды становится зависящей от интенсивности падающего излучения.

При воздействии на водный аэрозоль световых импульсов большой мощности и малой длительности частицы аэрозоля приобретают направленное движение, вызванное их неравномерным нагреванием. В результате такого направленного движения может происходить коагуляция частиц.

4.2 Неалгоритмические средства защиты

Многие  из приведенных видов помех не требуют сложных решений на уровне управления каналом или кодирования передаваемой информации, а могут быть эффективно устранены элементами конструкции или же проигнорированы. В частности:

• Релеевским рассеянием можно пренебречь ввиду малых вносимых затуханий
• Нелинейными эффектами распространения можно пренебречь ввиду небольшой импульсной и средней оптических мощностей (мощности применяемых излучателей порядка менее кВт, что на несколько порядков меньше необходимых для возникновения нелинейных эффектов)
• Мультипликативными помехами рассеяния вперед можно пренебречь
• Длину волны излучаемого света необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы она находилась в окне прозрачности даже с учетом технологических допусков и дрейфа излучателя
• Флуктуациями интенсивности оптического сигнала под действием турбулентности атмосферы можно пренебречь (естественно, при сохранении уровня сигнала достаточным для детектирования), т.к. при использовании большинства кодов их частота оказывается много меньше частоты несущей и они могут быть отфильтрованы теми же схемами, что и постоянная составляющая фоновой засветки.
• Влияния постоянной составляющей фоновой засветки легко устранить с помощью фильтров высоких частот. Исключение составляет засветка большой интенсивности, выводящая приемный фотоэлемент из зоны чувствительности. Как показала практика [3], серьезную угрозу представляет только засветка солнечными лучами или направленным светом от искусственных источников. И того и другого можно избежать применяя бленды, светофильтры или на небольшой угол меняя ориентировку оптического канала.

4.3 Алгоритмические средства защиты

Наибольшую опасность для целостности передаваемых по оптическому каналу данных представляют следующие факторы: аэрозоли, движущиеся в атмосфере непрозрачные объекты (птицы, самолеты и т.п.) и турбулентность атмосферы, приводящая к отклонению, рассеянию или изменению структуры оптического пучка достаточно сильному, чтобы приемник выходил из зоны чувствительности.

На уровне канала это выглядит как невозможность передачи данных или передача данных с ошибками в течении Тп - времени воздействия помехи. В основном  значения Тп лежат в пределах от тысячных долей секунды до нескольких секунд. Исключение составляет длительная непрозрачность атмосферы при повышенной плотности аэрозолей (туман, дождь, снег). В этом случае единственным методом борьбы является увеличение мощности передатчика, хотя он имеет определенный предел эффективности. Возможно так же использование резервных каналов.

Если невозможно устранить влияние помех на физическом уровне, т.е. обеспечить правильную передачу каждого бита последовательного сигнала, то необходимо использовать методы восстановления потерянной в результате действия помех информации. При их использовании необходима некоторая избыточность при передаче информации. Их можно разделить на две категории:

• Коды коррекции ошибок (ККО, или англ. ECC – Error Correction Code). Имеет смысл применять, если время воздействия помехи не более нескольких десятков битовых интервалов. На данный момент существует большое количество ККО, для многих из которых разработан математический аппарат и эффективные схемы кодеров и декодеров
• Использование контроля целостности пакетов и запросов на повторную передачу пакета в случае ошибки (иногда такой метод называют передачей информации с решающей обратной связью - РОС). Поток бит разбивается на последовательные группы бит, называемые пакетами, для каждого пакета при передаче вычисляется контрольная сумма, передаваемая вместе с пакетом. При приеме снова вычисляется контрольная сумма, и если она не соответствует принятой вместе с пакетом, то приемник высылает передатчику запрос на повторную передачу пакета. Для контроля на передачей пакетов могут быть использованы различные методы (метод фиксированного окна, метод скользящего окна и т.д.)

Крайне эффективным является использование комбинации обоих групп методов. В этом случае реализуются два логических уровня передачи. На первом, верхнем, используется механизм РОС, на втором – ККО.

Здесь следует отметить следующую закономерность – для обеспечения большей помехоустойчивости необходимо увеличивать избыточность кодирования, что ведет к увеличению передаваемой по каналу информации и, при неизменной пропускной способности канала, к уменьшению количества передаваемой полезной информации. Поэтому в каналах АОЛС возможно применение автоматического управления, когда на основании накопленной в течении текущего сеанса работы канала статистической информации о количестве и типе ошибок будут изменяться параметры кодов для постоянного поддержания соотношения быстродействие/помехозащищенность на оптимальном уровне.

Т.е. контроль над передачей данных предполагает построение адаптивной системы АОЛС, в которой на основании статистической информации и текущих параметров среды передачи (температуры, влажности, прозрачности атмосферы, уровня фоновой засветки) будут корректироваться параметры АОЛС:

• Мощность передатчика
• Чувствительность приемника
• Параметры используемых ККО: избыточность, способ кодирования.
• Параметры РОС: длинна пакета, способ взаимодействия (подтверждение доставленных пакетов или запрос на повторную передачу ошибочных) и т.д.

Это позволит увеличить помехозащищенность, доступность линии АОЛС, уменьшить потребляемую АОЛС мощность, снизить требования к аппаратуре АОЛС.

Необходимо дальнейшее исследование проблемы повышения помехоустойчивости АОЛС, в ходе которого планируется:

• На основании особенностей помех, возникающих в каналах АОЛС, выработать набор требований к ККО и алгоритмам РОС.
• Разработать вероятностную модель канала АОЛС с учетом помех.
• Проанализировать существующие ККО и алгоритмы РОС по корректирующим способностям, сложности и эффективности реализации, возможности их применения в канала АОЛС, в частности реализации на их основе двухуровневой системы помехозащищенной передачи.
• Разработать методики адаптивного поведения АОЛС.
• Выполнить реализацию ряда алгоритмов и провести практические исследования с целью определения их эффективности.

5. Экспериментальная проверка предложенных технических решений.

В результате работы был реализован канал АОЛС со следующими характеристиками:

• Скорость передачи: 115 кбит/c
• Мощность излучателя: менее 1мВт
• Диапазон: видимый красный
• Интерфейс с ЭВМ: RS-232
• Дальность передачи: более 130 м
• Тип связи: симплексная
• Фотоэлемент:  фотодиод ФД-К-155
• Излучатель: “лазерная указка” (производство: Китай, документация отсутствует)

Если рассматривать схему на рис.3.2, то ТУ данного канала реализует блоки ОП, ОПР, модулятор и усилитель. Т.е. представляет собой преобразователь последовательных электрических сигналов в оптический и наоборот. Реализация алгоритмов повышения помехозащищенности возложена на узлы сети, к которым подключена АОЛС. Это наиболее простой вариант, т.к. прикладное ПО проще в разработке и модернизации, чем программа микроконтроллера или структуры ПЛМ (программируемой логической  матрицы). Естественно, такой подход может эффективно применяться только в тестовой системе. В промышленной АОЛС данные алгоритмы должны быть реализованы в блоке МО (см. рис. 3.2).

В качестве основы была взята схема, предложенная в [11].

Рассмотрим подробнее способ передачи сигнала (рис. 5.1).

Рис.5.1 Принцип передачи сигнала

Лазерный луч модулируется прямым сигналом с порта RS-232, а на приемной стороне сигнала с фотоэлемента дифференцируется и поступает на триггер Шмидта. Этот способ сочетает в себе достоинство потенциального кодирования - элементарная схема передатчика, но с другой стороны требования к полосе пропускания минимальны. Схема не чувствительна к амплитуде сигнала, привязка идет не к потенциалу, а к дифференциалу, что обеспечивает нормальную работу схемы без автоматической или ручной регулировки усиления. Кроме того, устранен такой недостаток потенциального кодирования как постоянная составляющая.

5.1 Схема модулятора

Рис.5.2 Модулятор

На транзисторе VT1 (см. рис.5.2) собран источник тока, в качестве нагрузки которого включен светоизлучающий кристалл лазерной указки. Рассчитан на ток 30мА. Транзистор VT представляет собой ключ, управляемый сигналом TD с интерфейса RS-232. На линии +12V и 0V подается питание от отдельного (не системного) источника питания, причем линия 0V должна быть соединена с сигнальной землей RS-232 (линия SG). Конденсатор C0 подавляет помехи по питанию. Транзисторы VT1, VT2 – КТ315Б.

5.2 Схема приемника

Структурная схема приемника представлена на рис. 5.3, принципиальная – рис.5.4

Рис.5.3 Структурная схема приемника

Фотодиод D1 работает в гальваническом режиме и нагружается на каскад с общим эмиттером. Каскад работает в усилительном режиме за счет обратной связи по напряжению. На следующем каскаде сигнал дифференцируется на каскодной схеме (VT2 – VT3). Постоянная времени дифференцирования определяется емкостью C2. Дальше продифференцированный сигнал усиливается на операционном усилителе до такого уровня, что бы помехи не могли переключить выходной триггер Шмидта. Коэффициент усиления зависит от уровня шумов и b транзисторов, настраивается сопротивлениями R12,R13 экспериментально. Сигнал поступает на линию RD интерфейса RS-232. Питание осуществляется от того же источника, что и питание модулятора. Линия 0V должна быть соединена с линией SG интерфейса RS-232. Транзисторы КТ315Б, операционные усилители TL082. Для защиты усилителя от самовозбуждения вследствие электромагнитных помех он был собран на одной стороне двухсторонней платы из текстолита, другая сторона которого была подключена к земле питания.

5.3 Моделирование ТУ АОЛС

Наиболее сложным и критичным в плане надежности устройством данной АОЛС является приемный усилитель. Для проверки его работоспособности было выполнено моделирование с использованием Micro-Cap 7.0

Результаты  моделирования представлены на рис.5.5.

Сигнал v(17) представляет собой информационную (частота 120 кГц) составляющую снятого с фотодиода сигнала v(4), в который помимо информационной составляющей входят помехи частотой 1,5 кГц с 10ти кратной амплитудой  по сравнению с информационным сигналом  и сигнал частотой 250 кГц с двукратной амплитудой. На графике v(5) представлен усиленный на усилителе с общим эмиттером сигнал. Сигнал v(13) поступает на вход триггера Шмидта, а v(14) – сигнал на выходе устройства. Очевидно, сигналы v(4) и v(14) совпадают, что говорит о работоспособности приемника.

Моделирование передатчика не проводилось, т.к. его схема относительно проста и надежна.

Рис.5.4 Принципиальная схема усилителя

Рис.5.5 Результаты моделирования схемы передатчика в Micro-Cap 7.0

5.4 Тестирование

В связи с реализацией только симплексного канала (одного комплекта передатчик – приемник) тестирование работы производилось в два этапа:

• В лабораторных условиях на расстоянии 1м (через серый светофильтр, чтобы снизить мощность излучения и исключить засветку фотодиода). Оптический канал использовался для связи в одном направлении, проводное соединение – в обратном. В результате обеспечивалась дуплексная связь и было возможно использовать средства ОС Windows для создания TCP/IP соединения. Было произведено несколько пробных передач файлов. Обеспечивалась стабильная скорость 115 Кбит/c, отсутствовали ошибки при передаче.
• Передатчик и приемник были размещены в разных зданиях на расстоянии 130 м. Передатчик передавал дискретные импульсы частотой 120 кГц (сгенерированы на мультивибраторе). Сигнал с приемника поступал на осциллограф. В результате можно было наблюдать четкий дискретный сигнал без нарушения частоты и длительности верхнего и нижнего уровней, что говорит о работоспособности канала на дистанции 130 м.

В дальнейшем планируется усовершенствование канала АОЛС. В частности:

• Использование нескольких излучателей для увеличения мощности передаваемого сигнала, что позволит повысить дальность и помехоустойчивость
• Использование собирающей линзы для фокусировки большей части принимаемого светового потока на фотодиоде, это резко повысит чувствительность приемника (на несколько порядков)
• Испытание различных конструкций передатчика: использование нескольких излучателей для увеличения мощности передаваемого сигнала, создание излучателя на основе одного или нескольких светодиодов и собирающей линзы. Тестирование.
• Организация дуплексного канала.

Планируется использовать данный канал АОЛС для тестирования эффективности алгоритмов помехоустойчивого кодирования, разрабатываемых в рамках магистерской работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был проанализирован рынок цифровых каналов связи и доказана экономическая эффективность АОЛС. Также была выделена ниша применения АОЛС, для которой на данный момент не представлено промышленных АОЛС. Это относительно дешевые АОЛС для связи сегментов сети в сетях микрорайонов и кампусов. В связи с этим был сделан вывод о возможности и перспективности разработки АОЛС для данной ниши и были сформулированы четкие требования к подобным АОЛС: легкость монтажа и обслуживания, надежность, небольшая дальность, но высокая скорость передачи, низкая стоимость. Была разработана структура аппаратных и программных средств АОЛС. Доказана целесообразность применения алгоритмов повышения помехоустойчивости, в том числе в данном классе АОЛС. Выдвинуты ряд требований к алгоритмам повышения помехоустойчивости, определены пути их дальнейшего исследования и разработки. Результатом работы так же явилось создание тестовой АОЛС, которую планируется использовать для тестирования эффективности алгоритмов повышения помехоустойчивости.

Список источников:

1. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере.-М.: Советское радио, 1970.
2. Атмосферная спектроскопия, http://spectra.iao.ru
3. ООО "МОСТКОМ", http://www.moctkom.ru/
4. “fSONA Communications Corporation”, http://www.fSONA.com/
5. Николаев А.Ю. Расчет надежности работы атмосферной оптической линии связи. Информост - Средства связи, 2001, 4(17), с. 26-27.
6. Милинкис Б., Петров В. Атмосферная лазерная связь. Информост - Радиоэлектроника и Телекоммуникации №5(18), 2001
7. PAV Data Systems, http://www.pavdata.ru/
8. Проект “Optolink”,  http://www.openhardware.ru/
9. Медвед Д.Б. Влияние погодных условий на беспроводную оптическую связь. Вестник связи, 2001, № 4, с. 154-157.
10. Николаев А. Технико-экономические показатели цифровых радиотелефонных сетей на основе атмосферных оптических линий связи. Информост - радиоэлектроника и телекоммуникации, № 5(18), 2001
11. “Лазерная связь на 115200 Бит/c”, http://www.an500.narod.ru/