FSO технология и ее история

  ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

   Технология FSO (Free Space Optics, атмосферная оптическая связь, АОЛС, АОЛП, беспроводный оптический канал связи (БОКС) - это способ беспроводной передачи информации в коротковолновой части электромагнитного спектра. В ее основе лежит принцип передачи цифрового сигнала через атмосферу (или космическое пространство) путем модуляции излучения в нелицензируемом диапазоне длин волн (инфракрасном или видимом) и его последующим детектированием оптическим фотоприемным устройством. Импульс светового излучения при прохождении в атмосфере практически не испытывает дисперсионных искажений фронтов, характерных для любых оптических волокон. Это принципиально позволяет передавать поток данных со скоростями до террабит в секунду. К основным преимуществам такого способа передачи информации можно отнести: высокие скорости передачи (которые невозможно достичь при использовании любых других беспроводных технологий), простота инсталляции, а также отсутствие необходимости платить за использование частотного диапазона. В настоящее время технология обеспечивает передачу цифровых потоков до 10 Гбит/с, что позволяет:

  • решать проблемы "последней мили" при высокой защищенности канала связи,
  • развивать городские сети передачи данных и голоса (MAN),
  • развивать решения WDM (волновое мультиплексирование) для сетей SONET/SDH.

   Современное состояние FSO технологии (беспроводной оптической связи) позволяет создавать надежные каналы связи на расстояниях от 100 до 1500-2000 м в условиях атмосферы и до 100 000 км в открытом космосе, например для связи между спутниками. Являясь альтернативным решением по отношению к оптоволокну, атмосферные оптические линии передачи данных (АОЛП) позволяют сверхоперативно сформировать беспроводный оптический канал связи (мобильные системы с автонаведением обеспечивают установление связи за 10-15 минут) при значительно меньших затратах

  ИЗДЕЛИЯ СЕРИИ М1

  Изделия ARTOLINK серии М1 разработаны на основе FSO технологии и предназначены для беспроводной полнодуплексной передачи цифровых данных между двумя точками с активным оборудованием. В настоящее время данная серия включает в себя модели, обеспечиваюoщие сопряжение с наиболее популярными в России протоколами передачи данных - Е1, Ethernet и Fast Ethernet. Изделия серии М1 применяются при организации телекоммуникационных сетей интегрированного обслуживания, локальных вычислительных сетей, обеспечении доступа в Интернет, соединении базовых станций сотовой связи, АТС и в других случаях, когда нужно высокоскоростное и экономичное решение для передачи информации между пространственно разнесенными объектами (зачастую разделенными естественными и искусственными преградами - реками, мостами, эстакадами, автотрассами и т.д.).

остроение сети передачи данных с использованием FSO оборудования  ARTOLINK M1

  Все изделия серии состоят из двух идентичных терминалов. Каждый терминал включает в себя приемо-передающий модуль (ППМ), обеспечивающий передачу и прием оптических сигналов в атмосферном канале и устройство внешнего интерфейса (УВИ) служащее для обеспечения питания ППМ и стыка с внешним контрольным оборудованием :



  Блоки каждого поста соединяются между собой кабелем внутреннего интерфейса (КВИ) длиной до 100 м.

  Беспроводный оптический канал связи (БОКС) образуется входящим в состав каждого ППМ оптическим стыком, состоящим из передатчика и приемника.

Блок-схема ППМ беспроводного оптического канала связи (БОКС) ARTOLINK


  Оптический передатчик включает в себя 3 синфазных лазерных излучателя работающих на длине волны 800±50 нм и обеспечивающих суммарную импульсную мощность излучения 120-135 мВт.
   Приемная часть ППМ состоит из двух приемных объективов общей площадью 70 см2, оптической схемы, обеспечивающей некогерентное суммирование световых сигналов, их пространственную и частотную фильтрацию и фотоприемного устройства на основе быстродействующего PIN фотодиода или APD. Амплитудно-частотная характеристика фотоприемного устройства оптимизирована в каждой модели под необходимую скорость передачи и тип линейного кодирования данных. В состав приемной части входит также датчик пространственного положения оптической оси, который позволяет контролировать точность наведения ППМ друг на друга. Для его работы, оптическая схема использует небольшую часть (около 4%) суммарного принятого оптического излучения.

  Система пространственной стабилизации (СПС, autotracking) автоматически поддерживает направление оптической связи, что позволяет устанавливать ППМ на нестабильных основаниях (деревянные крыши, вышки сотовой связи и т.д.).

Система пространственной стабилизации (СПС, автотрекинг) FSO оборудования ARTOLINK
Dmax = 50 мРад

  В зависимости от типа внешнего стыка, ППМ содержат в своем составе необходимый интерфейс с соответствующей программой управления.Он обеспечивает прием и передачу сигналов распространяющихся по электрическим линиям, их перекодировку под требования оптического канала и, при необходимости, мультиплексирование потоков. Все интерфейсы являются не настраиваемыми, не программируемыми и прозрачными.
  Длина соединительных сигнальных кабелей может достигать 100 м для потоков Ethernet и Fast Ethernet и 150 м для потоков Е1.
  В состав ППМ входит также мультипроцессорный вычислительный модуль, работающий под управлением специально разработанной операционной системы. Она позволяет в реальном масштабе времени обрабатывать асинхронные и параллельно протекающие процессы.
  Во всех моделях серии M1 данный модуль обеспечивает следующие функции и сервис:

  • Контроль рабочих режимов узлов ППМ, включая температуру.
  • Стабилизацию параметров изделия во всем диапазоне изменений условий внешней среды.
  • Мягкий запуск аппаратуры при отрицательных температурах эксплуатации.
  • Переключение режимов работы ППМ: автоматическое поддержание направления связи, центрирование СПС.
  • Индикация состояния ППМ и направления связи на встроенном 24 разрядной контрольной панели.
  • Формирование последовательного потока информации в стандарте RS-232 для обеспечения функций удаленного мониторинга и управления.

    Для обеспечения удобства и простоты установки атмосферной оптической линии связи каждый пост снабжен опорно-поворотным устройством. Оно обеспечивает жесткое закрепление ППМ на горизонтальной опорной поверхности, грубую и точную угловые юстировки. Для первоначальной визуальной наводки в состав атмосферной оптической линии передачи данных (АОЛП) ARTOLINK входят диоптрийные прицелы. Внешне, различные изделия серии отличаются только типом соединителей сигнальных портов.

    Конструкция изделия защищена патентом РФ № 2155450.

   В комплект поставки АОЛС ARTOLINK входит также программа удаленного контроля, позволяющая осуществлять мониторинг состояния ППМ, подключенного к компьютеру через последовательный порт RS-232. Программа представляет собой 32-х разрядное приложение, функционирующее под управлением ОС Windows'9x/NT/2000/XP.

    АОЛС ARTOLINK серии М1 установлены и эксплуатируются в ряде регионов России с самыми различными климатическими условиями, а так же за рубежом - в Аргентине, Китае, Южной Корее и Сирии.

  История развития FSO технологии

   История FSO технологии или атмосферной оптической связи началась не в 90-х и не в 70-х годах XX века, а много веков раньше. Это - самая древняя среди известных нам технологий дальней связи.

ДРЕВНИЙ МИР

   Первыми "системами" связи стали сторожевые посты, располагавшиеся вокруг поселений на специально построенных вышках или башнях, а иногда просто на деревьях. При приближении неприятеля зажигался костер тревоги.Увидев огонь, зажигали костер часовые на промежуточном посту, и неприятелю не удавалось застать жителей врасплох. Маяки и сигнальные ракеты до сих пор несут свою "информационную службу" на море и в горах. Археологи, изучавшие памятники материальной культуры Древнего Рима, обнаруживали высеченные на камнях изображения сигнальных башен, с зажженными на них факелами. Такие башни устраивались также в Великой Китайской стене. До нас дошла легенда трехтысячелетней давности о том, как огни костров, зажженных на вершинах гор, в ту же ночь донесли Клитемнестре, супруге Агамемнона, предводителя греков в Троянской войне, весть о падении Трои. За 250 лет до нашего летосчисления в походах Ганнибала сигнальные огни уже не были чем-то необычным, и даже сегодня, в наш технический век, мы не можем от них отказаться. Необходимость передавать не только отдельные сигналы типа "тревога", но и различные сообщения привела к применению "кодов", когда разные сообщения различались, например, числом и расположением костров, числом и частотой свистков или ударов в барабан и т.п. Греки во втором веке до нашей эры использовали комбинации факелов для передачи сообщений "по буквам". На море широкое применение нашли сигнальные флаги различной формы и цвета,причем сообщение определяется не только самими флагами, но и их взаимным расположением, а также "семафор"-передача сообщений изменением расположения рук с флажками (днем) или фонарями (ночью). Потребовались люди, знающие "язык" флагов или семафора, умеющие передавать и принимать переданные сообщения. Каким бы видом транспорта ни пользовался житель современного города - наземным или подземным, - он во власти "сигнальных огней" светофора. Конечно, сегодня зажечь такой "сигнальный огонь" - дело несложное, но так ли уж далеки современные светосигнальные устройства, регулирующие движение метро и наземных транспортных потоков, от огней, которые возвестили о падении Трои?

   Сигнальные огни для водителей автомобиля настолько привычные и незамечаемые устройства, что никто и не задумывался о том , что они - элемент FSO технологии. Но если его информационные характеристики расширить и добавить устройство обеспечивающее сброс информации на проезжающие или стоящие перед светофором машины, то без загрузки дорогого радиоэфира можно получить на борту информацию о пробках, маршруте, новости, музыку и т.п. За 10 секунд стоянки на перекрестке можно перекачать до 100 Мбайт информации. И связь при этом также может быть двухсторонней.

   Свет был и остается важными средством передачи информации и несмотря на свою примитивность, световая сигнализация служила людям в течение многих столетий. За это время делались попытки усовершенствовать приемы сигнализации.

   Два таких способа рассмотрены в книге греческого историка Полибия. Первый из них заключался в следующем.

   Изготавливались два совершенно одинаковых глиняных сосуда высотой 1.5 м и шириной 0.5 м. В нижней их части делались отверстия одного сечения, снабженные кранами. Сосуды наполнялись водой, по поверхности воды в каждом сосуде плавал пробковый диск с прикрепленной к нему стойкой. На стойке имелись деления или зарубки, соответствующие наиболее часто повторяющимся событиям. Сосуды устанавливались на станциях отправления и назначения. Как только поднимался факел, на обоих пунктах одновременно открывались краны, вода вытекала, и поплавки со стойками опускались до определенного уровня. Тогда на передающем пункте снова поднимали факел, краны закрывались и на приемной станции читались те сведения, которые требовалось сообщить.

   Этот способ был мало удобен. Другой способ, описанный в той же книге, оказался более полезным. Его изобретение приписывается александрийским инженерам Клеоксену и Демоклиту. В пунктах, между которыми требовалось установить связь, сооружалась каменная или деревянная стена в виде небольшой крепости, состоящей из двух отделений. В стенах устраивались отверстия или гнезда, в которые вставлялись горящие факелы. Гнезд было 10 - по пяти в отделении. Для сигнализации был составлен код. Весь греческий алфавит делился на пять групп; в порядке алфавитного расположения в первую входили буквы от a до e ; во вторую - от x до c ; в третью - от l до o ; в четвертую - от p до u и в пятую - от j до w . Каждая группа записывалась на отдельной дощечке. Для передачи какой-либо буквы нужно было сообщить два числа: номер группы или дощечки, и место, занимаемое ею в этой группе. Первому числу соответствовало количество факелов, выставленных в левом отделении, второму - факелы правого отделения. Теоретически этот способ сигнализации казался совершенным, однако, на практике он большого успеха не имел. Трудно сказать, насколько широкое распространение получила в те времена эта система, но используемый ею код сыграл значительную роль в дальнейшем развитии средств сигнализации. Таблица, получившая название по имени автора "таблица Полибия", стала в дальнейшем неотъемлемой частью многих телеграфных устройств, а принцип ее составления сохранился в кодированных передачах и до наших дней.

   Интересно, что ни первый, ни второй способы Полибия в существующей FSO технологии не используются. Мы не о бочках и факелах, конечно. Однако в системах с конечным и небольшим количеством элементов информационных сообщений не обязательно передавать весь информационный сигнал. Системе безопасности (например) требуется передать 8 сообщений. Если передавать непрерывным светом лазера мощностью 10 мВт и длительностью по 10 с на каждое сообщение, то с вероятностью 99,9% его можно принять на расстоянии 6,5 км при видимости - 1 км. Второй способ можно представить в виде системы передачи параллельного кода. А греки могли, наверное, при хорошей тренировке, передавать до 30 букв алфавита в минуту или в наших понятиях 4 бит/с на расстояние 2-4 км.

ЭПОХА ВОЗРОЖДЕНИЯ FSO

   В XVII и XVIII веках, когда получили заметное развитие наука, техника и промышленность, стали прокладываться новые торговые пути и завязываться тесные политические и экономические взаимоотношения между народами, появляется острая потребность в создании более совершенных и быстродействующих средств связи. Вполне понятно поэтому, что первые проекты сооружения новых сигнальных установок зародились, прежде всего, в таких странах, как Англия и Франция, значительно дальше продвинувшихся в своем развитии.
   Особую известность среди первых изобретателей специальной сигнальной аппаратуры приобрел английский ученый Роберт Гук, которого часто называют основателем оптической телеграфии. Его аппарат состоял из деревянной рамы, один угол которой обшивался досками и служил загородкой. За загородкой скрывались предметы особой формы, обозначавшие различные буквы или фразы. При передаче сообщений каждый такой предмет выдвигался в пустой угол рамы и мог быть видимым на другой станции. Для чтения сигналов Гук предложил использовать незадолго до этого изобретенные зрительные трубы, ставшие затем неотъемлемой частью всех сигнальных устройств.

   В 1684 году Гук сделал доклад о своем изобретении на заседании Английского королевского общества, а вскоре после этого подробное описание аппарата было помещено в "ТРУДАХ" общества. Сигнальная система Гука использовалась в отдельных случаях довольно продолжительное время, а в английском флоте сохранилась почти до конца XVIII века. Несколькими годами позже после изобретения Гука подобное же устройство предложил французский физик Амонтон. Однако первые его опыты прошли неудачно, и в дальнейшем, несмотря на все попытки усовершенствовать свое изобретение, Амонтон не получил поддержки со стороны влиятельных особ. Такая же участь постигла и многих других изобретателей, среди которых следует упомянуть имена Кесслера, Готей, Лехера, чьи идеи в той или иной степени нашли применение в практике сигнализации лишь много лет спустя. Аппарат Кесслера представлял собой пустую бочку, в которой помещалась лампа, снабженная рефлектором, отражающим свет в требуемом направлении. С помощью особых дверец можно было получать комбинации кратковременных и длительных миганий света и передавать всю азбуку. Именно этот принцип сигнализации и был положен в основу военных сигнальных аппаратов, так называемых гелиографов. Несколько позднее в различных странах было предложено много всевозможных систем сигнализации на дальние расстояния, но почти ни одна из них не нашла практического применения. И только в конце XVIII века как бы в завершении всех высказанных идей появилось замечательное изобретение Клода Шаппа. Клод Шапп родился в 1763 году в местечке Брюлоне во Франции. После окончания духовного училища он получил место священного служителя в небольшом приходе. В свободное от службы время Шапп занимался физическими исследованиями, которыми он увлекался с детства. Одна мысль особенно занимала его воображение - создание машины для передачи сообщений. Из всех способов сигнализации, которые предлагались в прошлом, наибольший интерес вызвала система с двумям одинаковыми сосудами, описанная Полибием. Шапп решил, что сама идея, заложенная в основе этой системы, может быть использована для создания более совершенного устройства. Вместо сосудов он предложил установить на станциях с одинаковым ходом часы, на циферблате которых вместо цифр были бы нанесены 24 буквы. Начальное положение стрелок определялось заранее. По условному знаку часы одновременно пускали в ход. При этом с приемной станции должны были наблюдать за манипуляциями на передающей станции. Появлявшийся там сигнал означал, что нужно заметить на циферблате ту букву, против которой в данный момент находилась стрелка. Нужно сказать, что публичные опыты, которые Шапп провел с этими приборами в 1791 году в местечке Парсэ, прошли с успехом. Но, несмотря на это, изобретатель вскоре сам разочаровался в своих аппаратах, убедившись в невозможности их применения для передачи сообщений на расстояние более 12 - 15 верст. Продолжая усовершенствовать свое устройство, Шапп разработал еще ряд конструкций сигнальных аппаратов, из которых наиболее удачный в 1792 году он привез в Париж. Благодаря ходатайству своего старшего брата Урбана Шаппа, депутата Законодательного собрания, Клод Шапп получил правительственное разрешение на проведение испытания своего аппарата и стал тщательно к ним готовиться. Для размещения своих приборов он избрал три пункта: Менимольтон, Экуан и Сен-Мартен-де-Тертр, расстояние между которыми равнялось 3 милям. Когда закончилось оборудование станций и был подготовлен обслуживающий персонал, французское правительство назначило экспертную комиссию для оценки возможностей предлагаемого изобретения. В состав комиссии вошел известный в то время физик Г. Ромм, который, ознакомившись с описанием системы сигнализации Шаппа, заинтересовался ее идеей и дал весьма одобрительный отзыв. В своем донесении правительству от 4 апреля 1893 г. Ромм писал: "Во все времена чувствовали необходимость в быстром и верном способе сообщения на дальние расстояния. Особенно во времена войн, на сухом пути и на море чрезвычайно важно извещать немедленно о множестве событий и случаев, передавать приказания, давать знать о помощи осажденным городам или окруженным неприятелем отрядам и пр. В истории не раз упоминается об изобретенных с такой целью способах, но они большей частью были оставлены по своей неполноте и по трудностям исполнения". Модель семафорного телеграфа Клода Шаппа

   Модель семафорного телеграфа Клода Шаппа (М 1:10; кон. XVIII в.) Фото Ивана Хилько (Центральный музей железнодорожного транспорта МПС России).

Оценивая изобретение Шаппа, Ромм признал весьма остроумным "способ писать в воздухе, выставляя немногочисленные буквы, простые, как прямая линия, по которой они составлены, ясно различимые одна от другой и передаваемые быстро на большие расстояния…" Одобрив в целом изобретение Шаппа, комиссия рекомендовала продолжать опыты. Свой прибор Шапп первоначально назвал "ташиграфом", т.е. "скорописцем", но затем по совету некоторых из членов комиссии переименовал его в "телеграф", или "дальнописец", и с тех пор это название сохранилось за всеми подобными аппаратами до настоящего времени.

   12 июля 1793 года состоялся официальный смотр аппарата Шаппа. Испытания продолжались в течение трех дней и приборы работали удивительно точно и быстро. В результате французское правительство вынесло решение о немедленной постройке телеграфной линии Париж-Лилль, протяженность которой должна была составить 60 миль. Строительство поручалось Клоду Шаппу, которому по этому случаю было присвоено первое в мире звание телеграфного инженера, и продолжалось около года. Для оборудования промежуточных пунктов выбирались возвышенные места, на которых возводились небольшие здания с двумя окнами, расположенными так, чтобы из них можно было видеть ближайшие пункты. На особой платформе такого здания устанавливался высокий шест, к которому прикреплялась горизонтальная рама, получившая название "регулятора", длиною от 9 до 14 футов и шириною от 9 до 13 дюймов. Эта рама могла свободно вращаться вокруг своей оси и принимать разнообразные положения: вертикальное, горизонтальное, наклонное по направлению справа налево и обратно. На ее концах имелись рейки, называемые индикаторами или крыльями, длина которых определялась в 6 футов. Рейки также могли вращаться вокруг своих осей и занимать самые различные положения относительно регулятора. Из всех возможных положений избрали семь, которые можно было наиболее легко распознать, а именно: два вертикальных, одно горизонтальное, два под углом 45° сверху и два под тем же углом снизу. Эти семь комбинаций одного индикатора с семью такими же другого давали 49 сигналов, а так как последние могли соединяться с четырьмя положениями регулятора, то аппарат Шаппа давал 196 отчетливых фигур. Из них было отобрано 98 наиболее легкораспознаваемых и с их помощью передача известий велась на сравнительно далекое расстояние. Все движения аппарата осуществлялись одним человеком, посредством шнурка или металлического шарнира. На каждой станции имелись две подзорных трубы, вмонтированные в стену и направленные таким образом, что в поле зрения постоянно находились два ближайших телеграфа. Для лучшей видимости аппараты были окрашены черной краской. Дальность действия зависела от условий местности; при ровной поверхности промежуточные станции устанавливались через 28-30 верст, в горах это расстояние несколько уменьшалось. Сигнализация производилась с помощью цифрового кода из специально составленного "телеграфического" словаря. Каждая комбинация знаков соответствовала определенному числу, от 1 до 92. В словаре имелось 92 страницы, на каждой из которых было записано 92 слова. При передаче известий сообщались числа, причем первое число означало номер страницы, а второе - порядковый номер слова. Пользуясь таким словарем, можно было довольно быстро передать любое из 8464 слов, записанных в нем. Но так как в депешах очень часто встречались одни и те же фразы, то для ускорения передачи была еще составлена книга фраз, в которой также имелось 92 страницы, с 92 фразами на каждой. Поэтому, помимо 8464 слов можно было передать и 8464 фразы. В последнем случае передавалось уже трехзначное число, в котором первая цифра указывала на то, что нужно пользоваться книгой фраз. 15 августа 1794 года в ходе войны Французской Республики против Австрии линия впервые продемонстрировала свои возможности: известие о том, что Ле-Кесне снова в руках революционных войск, достигла столицы через час. Простота устройства телеграфа, быстрота и точность его работы побудили Конвент принять решение о постройке во Франции нескольких телеграфных линий и соединить столицу со всеми пограничными пунктами. В 1798 г. была открыта линия Париж-Страсбург-Брест , в 1803 г. линия Париж-Лилль была продолжена до Дюнкерта и Брюсселя. В 1803 г. по распоряжению Наполеона была построена линия Париж- Милан, продолженная в 1810 г. до Венеции. В 1809-1810 гг. телеграф соединил Антверпен и Булонь, Амстердам и Брюссель. В 1823 г. вступила в действие телеграфная линия Париж-Баионнь. О быстроте сообщений на этих линиях можно судить по данным таблицы: Пункты передачи Расстояние, км Количество промежуточных постов Время передачи одного знака, мин.
 

Пункты передачи Расстояние , км Количество промежуточных постов Время передачи одного знака , мин.
Париж - Кале    272    33    2
Париж - Лилль    240    22    2
Париж - Странсбург    480    44    6,5
Париж - Брест    600    54    8
Париж - Тулон    1068    100    20

  Несмотря на сравнительную простоту сооружения и его эксплуатации, телеграф имел свои существенные недостатки.

   Во-первых, его работа в сильной мере зависела от всяких изменений, происходящих в атмосфере, и, во-вторых, он был совершенно неприспособлен к работе в ночное время. Шапп подсчитал, что его препарат может действовать только 2190 часов в год, т.е. в среднем это составляло примерно 6 часов в сутки. Чтобы повысить "работоспособность" телеграфа, Шапп и его сотрудники очень много потрудились над приспособлением его к ночной службе. Были испробованы самые различные способы и горючие материалы, но удовлетворительных результатов достичь не удалось. Смола и сало выделяли при горении много копоти, окутывавшей и скрывавшей знаки телеграфа. Жидкое горючее, например масло, также оказалось неподходящим, так как от постоянного движения крыльев аппарата пламя колыхалось и гасло. Использование же газа было связано с большими техническими трудностями. Самому Шаппу эту задачу решить так и не удалось. Но несмотря на имевшиеся недостатки, его телеграф получил широкое распространение и применялся во Франции вплоть до 1855 г. Большую популярность система Шаппа приобрела и в других странах, но изобретателю не суждено было стать свидетелем столь полной реализации его технических идей. Он умер 23 июля 1805 года. Сигнальные аппараты Шаппа в том виде, в каком они были предложены самим изобретателем, или несколько видоизмененные, нашли широкое применение во многих других государствах. Более чем полстолетия они служили единственным быстродействующим способом сообщений и вошли в историю телеграфии как оптические средства связи. В 1795 г. аппараты системы Шаппа были установлены в Испании и Италии. Вскоре подобный же телеграф, но немного измененной конструкции появился в Англии и Швеции. Последняя система, разработанная английским лордом Мурреем, имела следующее устройство: на платформе высокого здания сооружалась четырехугольная рама, в которой двумя рядами помещались шесть восьмигранных дощечек. Каждая такая дощечка могла занимать два положения: одно,- когда она обращалась к наблюдателю всей плоскостью, и другое,- когда она путем поворота ее на 90° обращалась к наблюдателю ребром и в отдалении становилась невидимой для глаза. Вращение дощечками производилось с помощью специального механизма, размещавшегося в нижней части помещения. Комбинируя различным образом расположения этих дощечек, можно было получить 64 знака. Первая линия, оборудованная такими устройствами, соединяла Лондон, Дувр и Портсмут. В Швеции вначале применялся точно такой же аппарат, но в течение весьма короткого времени он был усовершенствован Эндельранцем, предложившим вместо шести дощечек устроить десять. При таком количестве дощечек появлялась возможность передать уже 1024 знака. В 1796 г. в Швеции действовали три линии оптического телеграфа, из которых одна соединяла такие важные пункты, как Стокгольм, Траненберг и Дротнингольм. Обе системы- английская и шведская- имели преимущество перед способом Шаппа, заключающееся в том, что легко могли быть приспособлены к работе в ночное время. Для этого оказывалось достаточным позади дощечек помещать лампы, свет от которых был виден довольно далеко, как только дощечки открывались. Телеграфировать при этом приходилось, конечно, в обратном порядке, т.е. днем сигналы подавались появлением в раме дощечек, а ночью их исчезновением. Как только новый телеграф доказал на практике свою жизнеспособность, английское правительство позаботилось об устройстве подобных линий сигнализации и в своих колониях. В Индии первая линия оптического телеграфа, построенная в 1823 г. соединила Калькутту с крепостью Шунар. Примерно в это же время стала действовать подобная линия в Египте между Александрией и Каиром, где требовалось 40 мин., чтобы передать знак из одного города в другой через 19 промежуточных станций. В Пруссии оптический телеграф был введен только в 1832 г. В окрестностях Берлина, в Потсдаме, есть гора, которая называется Телеграфенберг. Свое название она получила со времен строительства оптической телеграфной линии. Первая линия, которая состояла из 61 станции соединяла Берлин с Триром, проходя через такие пункты как Потсдам, Магдебург, Кельн, Кобленц. По своему устройству прусский оптический телеграф более приближался к телеграфу Шаппа, чем к английскому. Он состоял из мачты с шестью подвижными линейками. Каждая такая линейка, или как ее иногда называли "крыло", могла принимать четыре положения: под углом к мачте в 0°, 45°, 90° и 135°. Комбинируя различные положения шестилинеек, можно было получить 4096 знаков. Недостатком этого аппарата была неприспособленность его к ночной работе. Изобретение Шаппа явилось величайшим событием для того времени. Об успешном применении аппарата писала вся западноевропейская печать. Вести об этом скоро дошли и до России. В конце 1794 г. столичная газета "Петербургские ведомости", сообщая о ходе военных действий во Франции, попутно отмечала успех нового изобретения, сыгравшего большую роль при взятии французской крепости Конде. Этот факт не мог остаться незамеченным для русских правящих кругов. Возможностями такой "дальнопишущей машины" заинтересовалась сама императрица Екатерина Вторая. Как правительница огромного государства она правильно оценила все значение изобретения. Потребовав к себе самого искусного механика академической мастерской, она приказала ему построить точно такую же машину. Этим механиком оказался Иван Петрович Кулибин, прославившийся в народе за свои хитроумные и полезные изобретения. В том же 1794 г. Кулибин разработал механизм оптического телеграфа, систему передачи сигналов и оригинальный код. Однако царское правительство не воспользовалось его изобретением и только значительно позже под давлением военно-политических событий приступило к постройке оптического телеграфа, который связал Петербург с Шлиссельбургом(1824 г.), Кронштадтом(1834 г.), Царским Селом(1835 г) и Гатчиной(1835 г.). Самая длинная в мире (1200 км) линия оптического телеграфа была открыта в 1839 г. между Петербургом и Варшавой.

   Но несмотря на столь широкое распространение, оптический телеграф уже не мог удовлетворить нарастающих потребностей человечества в связи и был обречен на постепенное исчезновение.

   Славная эпоха возрождения оптической связи просуществовала более полувека и подготовила для нарождающегося века электричества готовую инфраструктуру обслуживания, кодировок и чиновников. И здесь уместно поставить вопрос - кто является отцом-основателем FSO технологии, в нашем, сегодняшнем понимании. Вероятно, историк Полибий не может претендовать на эту роль, потому что он - историк. А современная FSO технология - это в первую очередь управление источником излучения в соответствии с получаемым извне кодом. Система Шаппа работала за счет естественного освещения и являлась системой параллельной передачи оптического изображения. Принципиально ее можно представить в виде набора больших изображений букв, которые по очереди поднимаются. Поэтому мы считаем, что реальным основателем FSO технологии был Кесслер (Великобритания). Его бочка с фонарем внутри и дверцей управления и сейчас применяется на всех морских кораблях для связи. Таким образом точкой отсчета развития FSO технологии будет 1695 год (более точную дату, надеюсь мы уточним со временем). На настоящий момент FSO технологии 307 лет.

НЕМНОГО ФИЛОСОФИИ (с физикой)

   Способность видеть свет явилась тем даром природы, который обеспечивает до 95% информации, поступающей извне почти для всех животных и растений. Многие считают, что животные на земле могут видеть в диапазоне от 0,4 до 1 мкм только из-за спектра Солнца, имеющего здесь максимум, а на других планетах космоса, они уже могут "видеть" в радио или УФ диапазоне. Наверное, это не так. В реальности кванты света мы не видим. Они не могут ни отражаться, ни поворачиваться, ни задерживаться или замедляться. Они всегда летят прямо со скоростью света в вакууме. У них два главных свойства - это способность рождения в начале пути и уничтожения в конце. Мы видим, измеряем, фотографируем и т.д. только электроны их поглотившие. Квант света или фотон также неопределен и также реален, как понятие ценности предмета. Мы можем ценность измерить деньгами или определить в ощущениях, в соотношении предметов, но мы никогда не сможем реально пощупать эту ценность. В то же время она абсолютно реальна. Представим себе, что Бог решил выбрать диапазон электромагнитных волн для экономной, но высокоскоростной информационной системы связи живого с неживым (т.е. всех зверушек, травинок и людей с внешним миром). Данная система должна также быть компактной (т.е. умещаться на клеточном уровне). Рассмотрим диапазон частот от 100 Мгц до 10 в 19 степени Гц ( это соответствует энергии гамма-кванта 100 кэВ), или длинам волн от 3 м до 10 в -12 степени м. Ниже и выше нет смысла двигаться - либо все очень громоздко, либо слишком вредно. (1 эВ =1,6.10-19 Дж) Как было сказано выше, фотоны рождаются и умирают, а все остальные проблемы мы решаем с электронами. Поэтому определим при какой минимальной энергии родится 1 электрон на расстоянии 0,5-1 мкм. Это будет соответствовать 1 биту информации. Меньше нельзя, потому что не бывает 0.5 электрона. Также следует помнить, что на один бит не может быть меньше одного фотона, каким бы энергичным он не был. Для этого приблизительно оценим количество рождающихся электронов из отношения энергии фотона к энергии порога рождения подвижного электрона умноженного на отношение длины регистрирующего материала к длине волны или длине поглощения кванта в этом материале. Эффективность в Дж/бит или эВ/бит определим как энергию кванта деленную на число электронов при (N<1) и равную энергии кванта при N=1. Следует также учесть, что пороговая энергия выбивания одного электрона лежит в пределах от 0,5 эВ для низкоэнергетичных квантов, до 30 эВ для высокоэнергетичных квантов. Результат расчетов приведен на рисунке.


Энергетическая зависимость эффективности информационного обмена   


    Нетрудно догадаться, что диапазон длин волн вблизи видимого диапазона наиболее эффективен для передачи информации. Причем левая ветвь соответствующая радиочастотам показывает энергетические характеристики более низкие, чем существующие системы связи. Конечно, положение минимума сильно зависит только от одного параметра -толщины зоны регистрации. Но реально трудно представить универсальную систему для живой материи с размерами от бактерий до кита и при этом имеющую метровые размеры. Увеличение энергии также не дает многого, но требует существования жизни в условиях высокой радиоактивности. Исходя из данных оценок, можно предположить, что все живое (не только на Земле) должно быть связано с внешним миром в оптическом диапазоне длин волн. И этот диапазон является самым эффективным при передаче информации с точки зрения затрат энергии на бит. Вот и ответ на вопрос, какой диапазон выбрал Бог для нас и всего живого.

СОВРЕМЕННАЯ ИСТОРИЯ

   Изобретение электричества, телеграфа, телефона и радио на 150 лет забросило системы оптической связи на задворки истории, но не на всегда. Появление лазеров возродило интерес к оптической связи. Работы, проведенные в 70-х годах стали классическими. Практически тогда же родилась и волоконно-оптическая связь. И когда ее триумфальный взлет увенчался успехом, как ни странно, вспомнили об атмосферной оптической связи или FSO технологии. И это закономерно. Человек не любит много тратить, не любит жестко привязывать себя к одному месту и к одному решению. Ему нужны комфорт, мобильность и много информации.
  Кстати, о возрождающейся популярности говорит и множество терминов, применяемых для обозначения FSO технологии :

  • Атмосферные оптические линии связи (АОЛС)
  • Атмосферная оптическая линия передачи данных (АОЛП)
  • Беспроводной оптический канал связи (БОКС)
  • Оптические системы связи передачи данных
  • Беспроводная оптическая связь
  • Лазерная связь

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   В рамках данного раздела мы не собирались проводить широкомасштабные исследования. Нам это было интересно, и то что узнали предлагаем всем желающим. Наибольшее число материалов по истории получено из работы Николая Зуева, найденной в рефератах в Интернете, за что мы ему очень благодарны. Заметим также, что общее развитие технических систем происходит в соответствии с законами диалектики и не подчиняется субъективной воле человека (Г. С. Альтшуллер). Для выявления этих законов и сознательного совершенствования систем знание истории становится необходимым.

 
Рейтинг@Mail.ru Приемо-передающий модуль АОЛС ARTOLINK Кабель внешнего интерфейса АОЛС ARTOLINK Устройство внешнего интерфейса АОЛС ARTOLINK