Между тем развитие последних стимулируется как достижениями в проектировании и производстве твердотельных лазеров, так и возрастающими потребностями пользователей в защищенных высокоскоростных каналах связи. Системы, функционирующие в инфракрасном (ИК) диапазоне, имеют целый ряд преимуществ перед альтернативными разработками.

Во-первых, за счет перехода в оптическую область длин волн такие системы не претендуют на какую-либо часть радиодиапазона, не создают помех в РЧ-спектре и сами не чувствительны к подобным помехам. Для их эксплуатации не нужно получать разрешений на использование дефицитного радиочастотного ресурса. Во-вторых, инфракрасные каналы связи обеспечивают высокую защищенность пересылаемой информации. Передаваемые по ним потоки не могут быть просканированы анализаторами спектра или контрольным оборудованием радиосетей. К тому же они, как правило, кодируются с помощью патентованных алгоритмов. В-третьих, сами по себе беспроводные оптические системы не накладывают никаких принципиальных ограничений на скорость транспортировки данных. Наконец, немаловажным фактором является малое время их развертывания.

В последние годы инфракрасные системы передачи информации вызывают все больший интерес у операторов, Internet-провайдеров и корпоративных заказчиков. К возможным вариантам их применения относятся формирование физических соединений в корпоративных сетях передачи данных (Ethernet/Fast Ethernet, ATM, FDDI) и магистральных сетях операторов наземной связи (SDH, PDH), создание резервных каналов, построение каналов доступа для решения проблемы «последней мили», обеспечение соединений с базовыми станциями и их контроллерами в сетях мобильной связи, развертывание временных сетей на период модернизации основной кабельной инфраструктуры или в районах стихийных бедствий, передача данных от систем видеонаблюдения и телеметрии при невозможности прокладки кабеля.

Одним из производителей, предлагающих инфракрасные системы связи (в том числе в России), является британская компания PAV Data Systems. В последние годы фирма заметно расширила ассортимент своей продукции, которая сегодня обеспечивает множество приложений.

Члены большого семейства

Прежде всего отметим, что основной принцип внедрения ИК-систем связи состоит в замене определенного участка физической линии (которую зачастую попросту невозможно проложить) беспроводным каналом. Этот принцип имеет два важных следствия:

  • ИК-системы позволяют устанавливать только соединения типа «точка—точка», причем приемник и передатчик должны находиться в зоне прямой видимости;
  • ИК-системы формируют транспортную среду физического уровня и никак не влияют на протоколы, относящиеся к канальному, сетевому и более высоким уровням модели OSI.

Последнее обстоятельство означает, что беспроводные оптические каналы могут служить для связи самых разных сетевых инфраструктур. Продукты PAV Data как раз и различаются типами поддерживаемых ими сетевых технологий и областями применения.

Устройства семейства SkyNet предназначены для формирования физических соединений в корпоративных СПД и магистральных сетях операторов связи. Фактически, это семейство объединяет несколько линий продуктов, которые позволяют организовать передачу трафика Ethernet (максимальная дальность связи 6 км), Fast Ethernet (4 км), Token Ring (2 км, скорость 1—16 Мбит/с), FDDI (4 км) и STM-1/ATM OC/3 (4 км, быстродействие 155 Мбит/с, а в перспективе — 622 Мбит/с).

Серия SkyXpress была выпущена в этом году. Входящие в нее продукты позиционируются как недорогие решения для корпоративных клиентов и Internet-провайдеров, желающих передавать по беспроводному каналу трафик ЛС Ethernet (10 Мбит/с, максимальное расстояние 2 км).

Системы SkyCell разрабатывались специально для операторов сетей сотовой связи. Они обеспечивают подключение трансиверов и контроллеров базовых станций (по интерфейсам G.703/E1, E2 и E3), а также возможность организации микро- и пикосот. Поддерживаемые скорости передачи составляют 2, 8 и 34 Мбит/с; максимальная дальность связи — 6 км (модель E1-T6000).

Серия SkyCom также ориентирована на телекоммуникационный рынок, но основная сфера ее применения — телефонные сети общего пользования (вынос абонентской емкости, подключение офисных АТС). По своим техническим характеристикам она в основном идентична SlyCell, только поддерживаемые скорости передачи ограничены значением 2 Мбит/с.

Наконец, в портфеле PAV Data Systems есть два решения для работы с видеопотоками. Продукты SkyVision дают возможность подключить внешнее или выносное широковещательное и телевизионное оборудование, удаленное на расстояние до 500 м. Для передачи видеопотоков со скоростью 270 Мбит/с используется интерфейс SDI (Serial Digital Interface). Система SkyView позволяет формировать полудуплексные и дуплексные каналы для транспортировки видеопотоков и данных телеметрии на расстояния до 4 км.

Общими свойствами всех перечисленных систем являются высокая энерговооруженность лазерного луча (средняя мощность 300 мВт, уровень ИК-излучения 7 Вт/м2) и значительное время наработки на отказ (для лазеров оно составляет 130 тыс. часов, т.е. без малого 15 лет). Мощность, потребляемая каждым из устройств, равна примерно 20 Вт, поэтому даже при сбое в сети электропитания приемопередатчик может работать от бесперебойного источника в течение нескольких часов.

Особенностью ИК-оборудования является быстрота его развертывания: среднее время, затрачиваемое на инсталляцию, не превышает 4 ч. Отсутствие привязки к кабельной инфраструктуре обеспечивает возможность многократного использования одной и той же системы путем ее демонтажа и установки на новом месте. Еще важнее высокая ремонтопригодность данного оборудования. Оно спроектировано так, что замена передатчика, сопровождающаяся переходом на новую длину волны из диапазона 860—920 нм, не требует модернизации приемника (ибо последний работает с длинами волн от 750 до 950 нм).

Дистанционное управление любым из указанных выше продуктов осуществляется при помощи модулей Link Monitor, которые устанавливаются в инфракрасные передатчики на обоих концах соединения и подключаются к стандартным ПК или к сети через интерфейс RS 232. Разработанное компанией ПО позволяет контролировать все характеристики функционирования канала. Этим летом фирма планирует обеспечить взаимодействие между Link Monitor и стандартными платформами сетевого администрирования по протоколу SNMP, а также поддержку коммутируемого доступа для управления несколькими приемопередающими системами с центральной консоли.

По заявлению сотрудников MicroMax, дистрибутора PAV Data Systems, оборудование этой фирмы обходится несколько дешевле, чем радиорелейные устройства. Согласно информации, размещенной на сервере www.price.ru (данные на 12 июля), стоимость систем SkyNet составляет от 7632 долл. (10 Мбит/с Ethernet, 200 м) до 50 504 долл. (155 Мбит/с ATM/STM-1, 4 км), цена систем SkyCell (E1, 1—6 км) колеблется от 7968 до 21 506 долл., а на закупку систем SkyCom (E3, 1—4 км) потребуется 21 568—32 097 долл.

К краткой характеристике продуктов PAV остается добавить следующее. В марте текущего года фирма завершила сертификацию по системе «Электросвязь» атмосферных оптических устройств передачи, которые относятся к семействам SkyNet Ethernet Series, SkyNet 800 Series и SkyCell Series, на предмет их соответствия техническим и «качественным» требованиям, утвержденным в свое время Госкомсвязи России.

А за окном то дождь, то снег

Зависимость качества передачи от погодных условий — вот та цена, которую должны заплатить пользователи инфракрасных беспроводных систем за уход из радиодиапазона. Влияние атмосферных явлений лимитирует максимальную протяженность канала связи (при фиксированном уровне его доступности), а требование прямой видимости накладывает дополнительные ограничения на высоту установки приемопередающих устройств и их направленность.

Что касается подъема оборудования над земной поверхностью, оптимальным оказывается диапазон высот от уровня крыш самых высоких зданий и сооружений до нижней границы зоны облачности. Важность минимизации апертуры и обеспечения точной направленности излучения передатчика определяется тем, что по мере распространения лазерного луча его границы размываются, а приемники и передатчики монтируются на опорах конечной жесткости. Для оборудования PAV Data максимально допустимое расхождение луча составляет 11 мрад; по заявлению технического директора фирмы MicroMax Александра Клокова, это примерно в три раза больше, чем в системах других производителей. Снижения требований к юстировке оборудования и апертуре расхождения луча удалось достичь благодаря увеличению мощности излучения с обычно используемых 40 мВт до 300 мВт и более.

Из-за того что погодные условия влияют на надежность передачи, перед началом эксплуатации системы в каждой конкретной местности необходимо проводить ее тестирование. Общее правило заключается в том, что важен не столько тип осадков, сколько время их непрерывного воздействия на канал, поэтому, скажем, туман в большей степени влияет на состояние ИК-канала, чем дождь или снег (см. врезку).

Зависимость от состояния атмосферы приводит к тому, что доступность канала обратно пропорциональна дальности передачи. Так, при дальности 40 км доступность в среднем за год составит всего 40—50%, хотя летом значение этого показателя будет несколько выше. И наоборот, сближение приемника и передатчика на расстояние 500 м обеспечит доступность до 99,9%. Впрочем, на практике беспроводные каналы обычно организуются для соединения узлов, разнесенных на несколько километров. По словам Дмитрия Водостоева, сотрудника московского офиса MicroMax, при дальности связи 3 км доступность одиночного ИК-канала E1 составляет 99,1%, а для 1 мили (1,6 км) она равна 99,7%. Приведенные цифры следует воспринимать как верхние граничные значения; реальные параметры могут оказаться несколько ниже — в зависимости от особенностей конкретной территории. Скажем, с учетом суммарной продолжительности туманов в Москве (около 24 ч в год) среднегодовая доступность канала составит 98,6%, а в районе Шереметьево, где туманы наблюдаются в два раза чаще, значение этого показателя будет еще ниже.

В феврале нынешнего года компания MicroMax совместно со своим заказчиком ОАО «Вымпелком» провела испытания оборудования SkyCell в районе Тимирязевского лесопарка (на северо-западе Москвы). В ходе тестирования даже при сильных снеговых зарядах передача ни разу не прерывалась. Основную проблему в зимнее время представляет налипание снега на линзы; для борьбы с этим явлением используют удлиненные козырьки или подогрев передних линз. Кроме того, увеличение размера козырьков помогает минимизировать негативное влияние прямого и бокового солнечного света; для той же цели применяют специальные надставки, сужающие (до 5?) апертуру солнечных лучей, падающих на переднюю линзу приемника.

Испытания над лесным массивом выявили еще один эффект, который часто упускается из виду, — снижение теоретического уровня доступности связи со 100 до 99,998% из-за перекрывания луча пролетающими птицами. Такие события наблюдались с частотой один раз в сутки на 1 км длины канала. Понятно, что в районе городской застройки влияние данного фактора не столь существенно.

Приведенные данные о снижении уровня доступности канала при уменьшении коэффициента прозрачности атмосферы позволяют предположить, что приемники и передатчики не обязательно выносить на улицу: они могут быть установлены и внутри помещений. Наличие стеклянной преграды удается учесть на стадии расчета технических характеристик монтируемой системы, и серьезные проблемы возникают только при наличии светофильтров или специального противосолнечного затемнения.

SkyCell в «Вымпелкоме»

«Вымпелком» стал первой российской компанией, запустившей оборудование PAV Data Systems в коммерческую эксплуатацию. Фирма установила в здании столичного аэропорта «Шереметьево-2» свою базовую станцию, а на его крыше — лазерный приемопередатчик SkyCell производства PAV, обеспечивший связь с контроллером по инфракрасному каналу. В результате прибывающие в аэропорт абоненты немосковских сетей GSM практически со стопроцентной гарантией попадают в объятия «Вымпелкома», тогда как раньше за право предоставлять им услуги роуминга последний на равных конкурировал с МТС.

Система SkyCell, размещенная в «Шереметьево-2», имеет четыре канала E1. Пока лишь по одному из них передается абонентский трафик, остальные же используются для резервирования и продолжающихся тестовых испытаний. Судя по всему, выбор «Вымпелкома» пал на инфракрасную систему передачи (а не на более традиционную) в связи с отсутствием проблем с лицензированием. Кроме того, как показало тестирование, климатические условия ближнего Подмосковья позволяют гарантировать высокую доступность канала (вплоть до 99,7%), если длина соединения не превышает 1 км, что и было учтено при инсталляции системы.

По сообщению MicroMax, в настоящее время фирма прорабатывает еще около десятка проектов на базе оборудования своего британского партнера. Примерно половина потенциальных покупателей — операторы сетей сотовой связи.


Влияние погодных условий на инфракрасный канал

Уменьшение прозрачности атмосферы при изменении погодных условий негативно влияет на доступность инфракрасного канала либо (при заданной доступности) приводит к уменьшению дальности связи.

В качестве примера на левом рисунке приведена зависимость дальности связи от количества осадков в виде дождя для четырех систем, входящих в семейство SkyCell. С точки зрения визуального восприятия приведенные значения соответствуют:

  • моросящему дождю (около 2 мм/ч);
  • легкому дождю (5 мм/ч);
  • дождю средней интенсивности (12,5 мм/ч);
  • сильному дождю (около 25 мм/ч);
  • ливню (более 40 мм/ч).

Правый рисунок иллюстрирует влияние тумана на дальность связи для тех же четырех устройств. Интенсивность тумана при этом определяется по размеру зоны видимости:

  • слабый туман (1—2 км);
  • туман средней плотности (0,4—1 км);
  • плотный туман (200—400 м);
  • очень плотный туман (менее 200 м).

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями