- Артикул:00203236
- Автор: Гридин В.Н.
- ISBN: 5-02-034267-Х
- Обложка: Твердый переплет
- Издательство: Наука (все книги издательства)
- Город: Москва
- Страниц: 226
- Год: 2007
Развернуть ▼
В монографии рассмотрены методологические основы применения оптоэлектронных атмосферных каналов (OAK) в вычислительных сетях, предложена методика оценки их эффективности, проведены сравнительная оценка эффективности работы различных видов каналов (проводных, волоконных, радиоканалов и OAK) и анализ наиболее уязвимых параметров OAK при воздействии положительной рабочей температуры, ионизирующих излучений. Расчетным и экспериментальным путями получены зависимости основных выходных параметров передатчика и приемника при различных погодных условиях работы. На этой основе проведен расчет параметров экспериментальных образцов OAK, выходные параметры которых соответствуют лучшим зарубежным образцам.
Для технических и научных работников.
Введение
За последние годы в мире достигнут небывалый прогресс в области компьютерных технологий, возросло их повсеместное внедрение во все сферы жизни и деятельности современного общества. На базе компьютерных сетей осуществляются дистанционное обучение, телебиржи, телемедицина, телеконференции, телемагазины и т.д. Характер и интеллектуальный уровень информации, ее богатое разнообразие и огромные объемы являются причиной и движущей силой роста производительности телекоммуникационных систем и компьютерных сетей различного функционального назначения: электронная почта, передача факсимильных и голосовых сообщений, служба новостей, работа с базами данных и т.д.
Основное назначение современных информационных вычислительных систем и сетей сбор, преобразование, передача, обработка, хранение и отображение информации. Каждая из перечисленных функциональных составляющих определяется уровнем развития элементной базы и технологического совершенства того или иного оборудования, входящего в систему: будь то датчик, преобразователь кода, канал связи, процессор и т.д.
Непрерывный рост уровня интеграции элементной базы аппаратуры, информационных систем, разработка высокоскоростных микропроцессоров (до 1 млрд операций) такими ведущими фирмами, как Intel, IBM, Motorola, DEC и др., позволил создать высокоскоростной канал Gigabit Ethernet со скоростью передачи до 1 Гбит/с.
В настоящее время на многих коммерческих линиях используется скорость передачи 565 Мбит/с, но уже в ближайшее время ожидается переход на более высокие скорости до 2,5 Гбит/с.
Из приведенного примера видно, что именно элементная база обеспечивает прогресс и формирует облик аппаратуры современной формационной системы и компьютерной сети.
Смена поколений ЦВМ происходит в среднем через 810 лет сейчас ведется интенсивная разработка элементной базы ЦВМ четвертого и пятого поколений на интегральных схемах с высокой степенью интеграции (на уровне нанотехнологий), работающих на различных физических принципах.
Так, например, акустоэлектронные процессоры имеют эквивалентное быстродействие на 23 порядка выше обычных микроэлектронных. Такой процессор, изготовленный фирмой Motorola (США), производит 1024 точечных комплексных преобразований Фурье за 5 мс. В США, Японии и ряде европейских стран ведутся разработки оптических устройств обработки информации: анализаторов спектра, корреляторов, конвольверов оптических процессоров и т.д. На базе этих устройств уже созданы универсальные оптические вычислительные системы (по своим возможностям намного превосходящие существующие электронные ЦВМ с быстродействием 1012. 1014 бит/с). Основной фактор, сдерживающий увеличение скорости передачи информации по медным проводам и кабелям, это "скинэффект", когда при увеличении скорости битов (частоты сигнала) электрический ток в проводнике перераспределяется так, что большая его часть протекает по наружной поверхности, что приводит к повышению собственного электрического сопротивления проводника и затуханию полезного информационного сигнала. За рубежом в сетях ЦВМ широко используется витая пара (ВП) типа 10 BaseT двух типов: UTP (Unshielded Twisted Pair неэкранированная ВП) и STP (Shielded Twisted Pair экранированная ВП). ВП описывается совокупностью характеристик категорий. Типовая длина ВП составляет 100 м, категория 5 имеет диапазон частот пропускания сигналов 100 МГц, т.е. обеспечивает скорость передачи до 10 Мбит/с. Еще большую пропускную способность имеет коаксиальный кабель защищенный внешней металлической оплеткой.
Внутренняя жила кабеля существенно снижает влияние внешних сигналов, улучшая отношение сигнал/шум.
Так, например, в компьютерной сети, изготовленной по высокоскоростной технологии Gigabit Ethernet согласно стандарту 802.3z, дается так называемый твинаксиальный кабель (Twinax) двоичной коаксиал с волновым сопротивлением 150 Ом (2 х 75 Ом) для передачи данных со скоростью до 1000 Мбит/с. Особенностью кабеля является то, что данные посылаются одновременно по паре проводников, каждый из которых окружен экранирующей оплеткой. Режим передачи по такому кабелю полудуплексный, максимальная длина сегмента составляет всего 25 м.
Таким образом, использование витых пар проводов и коаксиальных кабелей уже сегодня накладывает ограничение на быстродействие и максимальную протяженность информационной сети пользование в качестве коммуникационной среды передачи радиоэфира (РЭ) также проблематично, несмотря даже на его широкий диапазон длин волн (от метрового до сантиметрового диапазона) и предельно большие расстояния (сотни и тысячи километров). Эти ограничения заключаются в следующем:
практически полная занятость всех частот существующими радиостанциями, спутниковой, релейной и другими видами радиосвязи как местного, так и глобального назначения;
чрезвычайно высокая коммерческая стоимость эфирного времени и связанные с этим ограничения выхода в эфир;
громоздкость антенных систем, большое энергопотребление (особенно при передаче на большие расстояния) передающих станций и, как следствие, высокая стоимость изготовления и эксплуатации;
низкая помехозащищенность от внешних атмосферных явлений и электромагнитных излучений, от электросиловых объектов, создающих электромагнитный фон в эфире;
отсутствие скрытности в работе, возможность обнаружения и несанкционированного доступа к информации;
необходимость защиты от радиоизлучения обслуживающего персонала станции.
В силу проведенного выше анализа сред передачи данных и причин, сдерживающих повышения их быстродействия, становится актуальной задача внедрения в существующие телекоммуникационные системы и компьютерные сети оптоволоконных и открытых оптических атмосферных каналов (ОВК и OAK). Носителем информации и в том, и в другом канале является световой луч (или поток фотонов), длина волны излучения которого лежит в инфракрасном диапазоне от 0,8 до 2,2 мкм.
Достоинствами построенных на основе ОВК и OAK оптоэлектронных информационных сетей являются [1.13]:
высокая скорость передачи информации (свыше единиц и десятков гигабит в секунду);
отсутствие ограничений на оптический диапазон длин волн (частот), свобода оптического эфира;
малые габариты оптических передающих и приемных систем, их малое энергопотребление;
высокая помехозащищенность от электромагнитных излучений как внешних, так и внутренних в самой аппаратуре;
скрытность передачи информации, сложность обнаружения и несанкционированного доступа;
пожаро и взрывобезопасность в процессе эксплуатации; экологическая безопасность.
Из-за отсутствия ограничений на оптический диапазон длин волн и нейтральность последних по отношению друг к другу появляется уникальная возможность спектрального уплотнения информационных сигналов, передаваемых по оптическому каналу связи и, соответственно, повышения скорости передачи до сотен гигабит в секунду.
Кроме перечисленных достоинств, коммуникационные системы и сети, построенные на основе OAK, имеют еще одно: они не требуют материальных затрат, связанных с прокладкой кабельной сети, что весьма важно для густонаселенных городов с множеством подземных и наземных коммуникаций.
Внедрение оптических технологий в существующие корпоративные вычислительные сети позволит решить следующие задачи:
обеспечить беспроводный доступ к информационным ресурсам;
организовать беспроводную связь между рабочими станциями локальной сети и реализовать доступ к ее информационным ресурсам;
объединить удаленные ЛВС и рабочие станции в единую оптическую сеть, реализовать по оптическим каналам удаленный стационарный доступ пользователей ЛВС к сети Internet и информационным ресурсам со скоростью 10 Гбит/с;
обеспечить гибкость топологии сети (при пользовании OAK), когда имеется возможность динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении пользователей, без значительных потерь времени.
Таким образом, внедрение оптических технологий в компьютерные сети, использование в коммуникационных системах оптоволоконных каналов и OAK позволит создать в ближайшее время новое поколение сетей с повышенной надежностью и быстродействием. Именно рассмотрению задач по решению этих проблем посвящена настоящая монография.
Рекомендуем
