Transmisja bezprzewodowa

Transkrypt

1 Sieci komputerowe Wykład 6: Media optyczne Transmisja bezprzewodowa Wykład prowadzony przez dr inż. Mirosława Hajdera dla studentów 3 roku informatyki, opracowany przez Joannę Pliś i Piotra Lasotę, 3 FD.

2 1 1. ŹRÓDŁA ŚWIATŁA W TRANSMISJI ŚWIATŁOWODOWEJ Do realizacji transmisji wielomodowej używa się najczęściej diod elektroluminestancyjnych LED. Do transmisji jednomodowej, w szczególności długodystansowej wykorzystuje się lasery, w tym lasery półprzewodnikowe. W przypadku transmisji opartej o kable wielomodowe podstawowym źródłem światła jest dioda LED. Posiada ona następujące cechy: a) długość generowanej fali w zakresie pierwszego lub drugiego okna; b) wysoka żywotność (do 100 lat); c) niska wrażliwość na zmianę parametrów temperaturowych; W urządzeniach sieciowych wydziela się ciepło. Odprowadzanie go należy do klimatora. Standardową temperaturą dla urządzeń elektronicznych jest C, ale należy się liczyć, że mogą wystąpić przegrzania i wzrost temperatury. Na diodę ma to mały wpływ, jedynie nieznacznie pogarszają się parametry żywotnościowe. d) stosunkowo szeroki zakres długości generowanej fali (możliwość pojawienia się dyspersji chromatycznej); P 75 % 30 nm 850 nm λ Rys 6.1 Zakres długości generowanej fali dla diody LED e) nie gwarantuje generacji fali spójnej; f) powierzchnia świecenia jest duża (stosunkowo mała moc świetlna na jednostce powierzchni). Z tych właśnie powodów dioda LED wykorzystywana jest do realizacji transmisji krótkodystansowych w oparciu o wielomod lub jednomod.

3 2 Lasery jako źródła światła wyróżnia szereg pozytywnych cech, takich jak: a) dowolna długość generowanej fali; W laserach nie występują ograniczenia związane z długością fali, a do tego generowana jest ona bardzo precyzyjnie. Standardowo szerokość fali to 3 nm, czyli 10 razy lepiej niż w przypadku diody. Dokładność dochodzi do 0,01 nm, a nawet do 0,001 nm. b) wysoka dokładność generacji; P 75 % 850 nm λ Rys 6.2 Zakres długości generowanej fali dla laserów Oprócz naszej fali laser generuje również fale dodatkowe. Są one jednak na tyle oddalone od podstawowej, że nie zakłócają transmisji. c) punktowość (niewielka powierzchnia promieniowania); d) liniowa zależność mocy świetlnej od mocy elektrycznej. Szerokie zastosowanie laserów ograniczają: a) wysoka wrażliwość na zmiany temperatury; Wzrost temperatury o 30 C zmniejsza żywotność lasera 5 razy. b) stosunkowo niska żywotność (do 10 lat); c) wysoka cena.

4 3 2. POŁĄCZENIA W SYSTEMACH OPTYCZNYCH Podstawowym problemem spotykanym przy realizacji okablowania światłowodów jest łączenie poszczególnych jego elementów. Najprostsza klasyfikacja połączeń dzieli je na: - stałe (nierozłączne) - niestałe (rozłączne) a) Połączenia nierozłączne Podstawowymi typami połączeń stałych są bezpośrednie łącza mechaniczne i łącza zgrzewane. Przy połączeniach światłowodowych problemem jest niewielka średnica łączonych kabli, rzędu mikrometrów. Jeśli pozycjonowanie zostanie wykonane niedokładnie zwiększy się tłumienność sygnału. Łącza mechaniczne są o wiele tańsze niż zgrzewane, ale są jednocześnie mniej precyzyjne. Do tych złączy używa się specjalnej kostki, w której łączymy rozplecione kable. Łącznik mechaniczny jest jednorazowy. Kostkę można wypełnić gliceryną, która ma podobne właściwości jak szkło. Wadą jest wysoka tłumienność, która nie schodzi poniżej 0,5 db. Łącze takie również się starzeje, do czego przyczynia się korozja i dyfuzja. Najlepsza w tej chwili technologia to łącza zgrzewane. Niestety jest to technologia bardzo droga, samo urządzenie zgrzewcze średniej klasy kosztuje w granicy 60, 70 tysięcy złotych, a do transmisji długodystansowych nawet kilkaset tysięcy. Zgrzewanie odbywa się za pomocą spawania ultradźwiękowego. Dokładność do 0,01 µm jest osiągana przez zastosowanie mechaniki precyzyjnej. Do pozycjonowania stosowanych jest kilka metod: - specjalny ekran mikroskopowy, na którym widzi się dwa włókna i śrubami dokonuje się przesuwania - dokonywany jest pomiar charakterystyk tłumiennościowych i wybierana pozycja z najlepszymi wynikami - mierzenie samego spawu (metoda najbardziej kosztowna zł za spaw), Bardzo niska tłumienność. Tłumienność w łączach zgrzewanych jest poniżej 0,1 db, a w najnowszych technologiach dochodzi do 0,05 db. Podstawowym problemem spotykanym w procesie spawania światłowodu jest pozycjonowanie. Ze względu na bardzo niewielkie przekroje światłowodu, powinno być realizowane z dokładnością do 0,01 µm. Pozycjonowanie może być oparte o: - obserwacje; - pomiar charakterystyk tłumiennościowych złącza. Podstawową zaletą łączeń spawanych jest bardzo niska tłumienność (poniżej 0,1 db) i wysoka żywotność (brak starzenia się).

5 b) Połączenia rozłączne 4 Połączenia rozłączne wykonywane są w przypadku kiedy łączone elementy muszą być rozłączone. Ze względu na ograniczoną precyzję wykonywania, charakteryzują je wysokie parametry tłumiennościowe. Wyróżniamy łącza: - kątowe - stykowe - kątowo-stykowe W każdym przypadku konkretny typ łącza może być wykorzystany w ściśle określonym typie sieci. i) Łącza kątowe ze szczeliną powietrzną. Rys 6.3 Łącze kątowe Złącze tej klasy charakteryzuje wysoka tłumienność złącza na poziomie 0,4 0,8 db. Ze względu na wysokie tłumienie odbiciowe (powyżej 60 db) łącza te znajdują zastosowanie w telewizji kablowej, a w szczególnych przypadkach w sieciach WAN. ii) Łącza stykowe (PC) Rys 6.4 Łącze stykowe Złącza tej klasy charakteryzuje tłumienność poniżej 0,5 db. Umiarkowane tłumienie odbiciowe na poziomie od 30 do 50 db. Złącza tej klasy wykorzystuje się w sieciach LAN, WAN (ST, SC, Bionic). iii) Złącze stykowo kątowe (APC) Rys 6.4 Łącze stykowo - kątowe

6 Tłumienność złączy tej klasy ma wartość poniżej 0,5 db. Tłumienność odbiciowa zaś przekracza 60 db. Tego typu złącza znajdują zastosowanie w telewizji kablowej oraz sieciach WAN (ST/APC, SC/APC) TRANSMISJA BEZPRZEWODOWA Jeżeli pomiędzy nadawcą i odbiorą nie istnieje kanał z ciała stałego, to siec taka nosi nazwę sieci bezprzewodowej. Możemy wyróżnić sieci bezprzewodowe optyczne, bądź sieci bezprzewodowe radiowe. Podstawą tej klasyfikacji są długości fal wykorzystywanych przy ich funkcjonowaniu. Sieci WLAN (wireless LAN) znajdują zastosowanie w przypadku łączności mobilnej, w przypadku konieczności zapewnienia elastyczności struktury sieci. Transmisja bezprzewodowa jest droższa i mniej korzystna niż transmisja przewodowa. Ma charakter rozsiewczy, więc może zostać łatwo podsłuchana, jest mało odporna na zakłócenia z powodu interferencji fal. Z tych powodów jeżeli to tylko możliwe lepiej jest wykorzystać połączenie przewodowe niż bezprzewodowe. Przy transmisji w oparciu o fale świetlne wykorzystywana jest najczęściej fala o długości 800 nm, czyli światło czerwone. Fale świetlne są niestety bardzo łamliwe (nie są w stanie przenikać ciała stałe), więc nadajnik i odbiornik muszą się widzieć, to pozwala na odległości transmisji do 3 km w Polsce. W przypadku bezprzewodowych sieci optycznych wykorzystywane są fale od 700 do 1500 nm. Ze względu na wysoką częstotliwość sygnału fala nośna charakteryzuje się wysoką łamliwością. (brak przenikalności przez ciała stałe). Systemy te charakteryzuje: - wysoka tłumienność (ponad 10 db/km), - stostunkowo niewielki zasięg (do 3 km), - wysoka wrażliwość na zakłócenia, - rozwiązania te nie wymagają licencji. Łącza mikrofalowe funkcjonują na częstotliwości od 1 do 30 GHz. W szczególnych przypadkach wykorzystuje się częstotliwości nawet do 300 GHz. Najpowszechniej stosowana częstotliwość w sieciach mikrofalowych to 2,54 GHz. Z prawa Shanona wynika, że im wyższa częstotliwość fali tym lepsze parametry. Jednak im wyższa częstotliwość tym fala jest bardziej łamliwa, to nie zachęca nas do zbytniego podwyższania częstotliwości wysyłanych fal. Na transmisję mikrofalową potrzeba zezwolenie do używania danego pasma częstotliwościowego. Jednak pasmo to nie zostanie zarezerwowane, co może powodować interferencję fal wielu użytkowników danego pasma. W celu uniknięcia tego problemu stosuje się pseudolosowość, transmisję z rozmytym widmem, korzystanie z kanałów itd.

7 Literatura [1] Vademecum teleinformatyka IDG Poland S.A r. [2] L. Petersen, B. Davie Sieci komputerowe podejście systemowe Nakom 2000 r. [3] Tom Sheldon, Wielka encyklopedia sieci komputerowych Robomatic 1999 r. [4] Prof. J. Turski artykuł z Wiedza i życie, styczeń 95. 6