УП АСУ и связь. Рысев, Сердюк, Храпский 2013. Автоматизированные системы связи
 Скачать 216.55 Kb.
|
Оптоволоконные системыДля использования оптической связи нужен источник света, светопрово- дящая среда и детектор, преобразующий световой поток в электрический ток. На одном передающем конце находится источник света, световой импульс про- ходит по тонкому светопроводящему волокну и попадает на детектор, который выдает электрический импульс. Существуют многоканальные и одноканальные шнуры, скорость передачи сигнала по одноканальному гораздо выше и достигает нескольких Гбит/с. Оптоволокно изготавливают из стекла высокой очистки. Затухание опти- ческого сигнала в стекле зависит от длины волны источника света. Затухание измеряется в дБ и вычисляется по формуле 10log10(Tr/Rc), где Tr – мощность передаваемого сигнала; Rc – мощность получаемого сигнала. Как видно из этой формулы, при падении мощности сигнала в два раза за- тухание будет равно 3 дБ. Затухание меньше всего в инфракрасной части спек- тра. Для передачи используются три частоты: 0,85; 1,30 и 1,55 мкм. Две по- следние имеют потери менее 5 % на 1 км. Частота 0,85 мкм хороша тем, что ла- зерный источник света и электронику для него делают из одного и того же ма- териала – арсенида галлия. Все три полосы имеют пропускную способность от 25 000 до 30 000 ГГц. Другую проблему при использовании оптоволокна дает дисперсия: по мере распространения исходный световой импульс теряет начальную форму и раз- меры. Величина этих искажений также зависит от длины волны. Одно из воз- можных решений – увеличить расстояние между соседними сигналами, но это сократит скорость передачи. Другое решение – генерировать форму сигнала в некоторой специальной форме, при этом дисперсионные эффекты почти исче- зают и сигнал можно передавать на тысячи километров. Сигналы в этой специ- альной форме называются силитонами. Оптоволоконный кабель состоит из сердечника из сверхпрозрачного опто- волокна. В одноканальном кабеле сердечник имеет толщину 8–100 мкм, в мно- гоканальном – около 50 мкм. Сердечник окружен стекловолокном с низким ко- эффициентом рефракции, сокращающим потери света через границу сердечни- ка. Сверху все покрыто защитным пластиком. Такой кабель прокладывают и под землей, и под водой. Соединяют его электрически с помощью специальных конвекторов или механически, прижи- мая один край к другому или сваривая оба конца. В качестве источников света используют светодиод и полупроводниковый лазер. С помощью специальных интерферометров эти источники света можно настроить на нужную длину волны. На принимающем конце стоит фотодиод, работающий со скоростью 1 ГГц, т. е. около 1 Гбит/с. С помощью оптоволокна можно строить как локальные сети, так и сети большего масштаба. Подключение к оптоволоконной сети более сложное, чем к сети Ethernet. Примером такого включения является сеть типа «кольцо», представляющая собой цепочку соединений типа «точка – точка». Существует два типа подключений: пассивное и активное. Пассивное со- стоит из светодиода или лазера и фотодиода. Сигнал, принятый через светоди- од, передается компьютеру или транслируется дальше. Это абсолютно надеж- ное соединение. Выход из строя любого из его компонентов не нарушает связь по кольцу, а лишь блокирует работу отдельного компьютера. Активное подключение содержит промежуточный усилитель электриче- ского сигнала. Фотодиод преобразует оптический сигнал в электрический, ко- торый усиливается и передается компьютеру и транслируется дальше через светодиод. Кроме «кольца», возможно соединение типа пассивной «звезды». Все ли- нии, по которым оптический сигнал передается от компьютера, заходят в спе- циальное устройство пассивной «звезды», сигналы от него воспринимаются по всем линиям, исходящим из этого устройства. Сравнение медного кабеля и оптоволокнаОптоволокно позволяет передавать сигнал на большее расстояние без про- межуточного усиления (от 30 км и более для оптоволокна и 5 км для меди). Оп- товолокно тоньше и легче: 1 км 1000-парного медного кабеля весит 8000 кг, оптоволоконная пара аналогичной пропускной способности и длины – 100 кг, оптоволокно трудно обнаружить (оно не излучает), а следовательно, найти и повредить; оптоволокно инертно к электромагнитным воздействиям, радиации; ему не страшны нарушения питания, агрессивная химическая среда; оптово- локно сложнее монтировать, работа с оптоволокном требует специальной под- готовки инженеров, которая пока не столь распространена; подключение к оп- товолокну дороже, чем подключение к витой паре. Беспроводные каналы связиВ настоящее время широко развиваются беспроводные системы передачи данных: Bluetooth и Wi-Fi. Bluetooth поддерживает обмен информацией между устройствами ввода/вывода, ПК и телефонами. Скорость передачи данных со- ставляет 128 Кбит/с при дальности до 10–20 м, что сильно ограничивает при- менение таких систем. Кроме того, относительно небольшая защищенность также требует дальнейшего усовершенствования. Wi-Fi-сети содержат не менее одной точки доступа и не менее одного кли- ента. Точка доступа – устройство, подключенное к витой паре, которое на неко- тором расстоянии создает область высокочастотного поля. Клиент, находясь в этом поле, может подключиться к данной точке. Скорость передачи данных достигает 300 Мбит/с, область покрытия до 200 м. Wi-Fi обладает следующими достоинствами: позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля там, где нельзя его про- ложить, например вне помещений и в зданиях, имеющих историческую цен- ность; позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам; широко распространены на рынке компьютерной продукции; гарантиру- ется совместимость оборудования между собой; мобильность; в пределах зоны Wi-Fi в сеть Интернет могут выходить несколько поль- зователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.; излучение от Wi-Fi-устройств в момент передачи данных на порядок меньше, чем у сотового телефона. К недостаткам можно отнести снижение уровня сигнала при удалении или появлении крупных преград, сильную «засоренность» частоты сигнала (2,4 ГГц), относительно слабую защищенность некоторых способов шифрова- ния. РадиопередачаОсобенности радиопередачи: просто генерировать; легко принимать; хорошо распространяется во всех направлениях; хорошо принимается как внутри помещения, так и снаружи; низкочастотные волны хорошо преодолевают преграды, но требуют много энергии, они затухают пропорционально 1/r3 от источника; высокочастотные волны хуже огибают препятствия (например, даже дождь является серьезной помехой для них); они интерферируют с излучения- ми от других электрических приборов. Микроволновая передачаПри частоте выше 100 МГц волна распространяется в строго определенном направлении и может быть сфокусирована с помощью параболической антен- ны. До появления оптоволокна радиорелейная связь составляла основу теле- фонных систем на больших расстояниях. На определенном расстоянии друг от друга ставили башни с ретрансляторами. Высота башни зависела от расстояния и мощности передатчика. Обычно 100-метровая башня покрывает расстояние в 80 км. Микроволны плохо проходят сквозь здания, так же как и низкочастотные волны. Кроме этого, из-за рефракции в нижних слоях атмосферы они могут от- клоняться от прямого направления, при этом увеличивается задержка и нару- шается передача. Передача на этих частотах зависит также от погоды. Обычно операторы держат определенный частотный резерв на случай подобных нару- шений и переключаются на резервные частоты при необходимости. Стремление увеличить пропускную способность канала заставляет исполь- зовать более высокие частоты, например 10 ГГц. Однако здесь возникает очень серьезная проблема: начиная с частоты 8 ГГц, волны поглощаются водой и, в частности, дождем. Единственный выход из положения в случае дождя – из- менить маршрут передачи и обойти область дождя. На сегодняшний день микроволновый диапазон широко используется в со- товой телефонии, телевидении и других приложениях. Одно из главных досто- инств микроволнового диапазона – отсутствие кабелей. Достаточно арендовать небольшую площадку земли (около 100 м2), установить башню-ретранслятор и так через каждые 50 км. Это особенно дешево в условиях гор, труднопроходи- мой местности, где прокладка кабеля затруднена. Это справедливо и в городе, где земля дорогая, а коммуникации прокладывать очень сложно. Есть несколько частотных полос, которые можно использовать свободно без специального разрешения. В этих диапазонах работают микроволновые пе- чи, радиотелефоны, радиоуправляемые двери и т. п. Эти частоты также исполь- зуются для сетевых целей на небольших расстояниях. Инфракрасные и миллиметровые волныИнфракрасное излучение и излучение в миллиметровом диапазоне исполь- зуются на небольших расстояниях в блоках дистанционного управления. Ос- новной недостаток излучения в этом диапазоне – оно не проходит через пре- граду. Этот недостаток одновременно является преимуществом, когда излучение в одной комнате не интерферирует с излучением в другой. На эту частоту не надо получать разрешение. Такой канал используется для передачи данных внутри помещений. Видимое излучениеВидимый диапазон также используется для передачи. Обычно источником света является лазер. Монохромное когерентное излучение легко фокусируется. Однако дождь или туман затрудняют передачу. Передачу способны испортить даже конвекционные потоки на крыше, возникающие в жаркий день. Контрольные вопросыЗадачи АСУ. В чем заключается расчет пропускной способности АСУ? Структура АССОУПО. Перечислите технические средства АССОУПО. Характеристики магнитных носителей, витой пары, коаксиального кабе- ля, оптоволоконного кабеля. Их достоинства и недостатки. Перечислите виды беспроводных каналов связи. |