Лазерная связь - новый экономичный способ беспроводной связи

Е. Н. Чепусов, С. Г. Шаронин

Рано или поздно перед каждой растущей компанией встает проблема обеспечения надежной связи. Уровень развития любого организма определяется его способностью быстро и точно обмениваться информацией с другими организмами. Компания - это тот же организм, и информация для нее имеет жизненно важное значение.

Рост корпоративных сетей неизбежно ведет к увеличению всего сетевого трафика. Коммуникации оказываются перегруженными и не справляются с потоком информации. А если сегменты сетей расположены в разных корпусах зданий, то задача обеспечения их связи значительно усложняется. Но время не ждет! Связь необходима, причем порой надо передавать и голос и данные. Возникает вопрос: каким образом наладить связь одного здания с другим? Ответ прост: воспользуйтесь беспроводным оборудованием.

Мы хотим представить читателям новый, еще недостаточно широко известный в России вид беспроводной связи - лазерную связь. Кроме того, мы постараемся показать ее преимущества перед другими видами связи.

Сравнение различных способов построения канала связи

Будем недалеки от истины, если предположим, что большинство компаний испытывают проблемы, связанные с недостатком каналов связи. Как их решить? Создавать ли новую инфраструктуру? Модернизировать ли уже существующую? Какой путь выбрать? И в какую сумму это обойдется? Приблизительно такие вопросы задают себе руководители подразделений технической поддержки и обеспечения связи.

Рассмотрим проблему организации канала связи между отдельными корпусами зданий, которая может возникнуть практически перед любой компанией. Предположим, необходимо наладить связь между двумя зданиями: центральным офисом и филиалом. Например, компания хочет связать УАТС центрального офиса, подключенную к телефонной сети общего пользования, с УАТС, устанавливаемой в филиале, или организовать вынос абонентской емкости. Возможно, необходимо объединить сегменты ЛВС, расположенные в разных корпусах зданий. Обе эти задачи могут быть поставлены одновременно.

В любом случае возникает проблема выбора каналообразующего оборудования. Выбор этот достаточно широк. Мы же рассмотрим следующие возможные способы построения канала связи: два беспроводных - радиосвязь и лазерная связь - и два проводных - на основе медного и волоконно-оптического кабеля с установкой соответствующей аппаратуры сопряжения (рис. 1).

Допустим, вы решили использовать волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Они обеспечивают высокие качество (частота появления ошибочных битов (BER) меньше 10-10) и скорость (ограничена только скоростью используемого интерфейса) передачи, но, к сожалению, еще достаточно дороги. Так, стоимость прокладки километра волоконно-оптического кабеля в черте города может составить в среднем 6-10 тыс. долл. Поэтому наиболее перспективным является использование ВОЛС (см. также монтаж и диагностика волоконно-оптического кабеля) в качестве магистралей для связи сегментов ЛВС. Волоконно-оптический кабель позволит увеличить пропускную способность сети и сделать ее максимально "прозрачной" для различных протоколов. Однако высокая стоимость его прокладки ограничивает использование ВОЛС.

Компании, которые не могут себе позволить построение ВОЛС, в качестве канала связи используют обычный медный кабель (витые пары). Модемы для выделенных физических линий при значительной дальности (5-30 км) имеют невысокую скорость передачи (до 160 Кбит/с). Оборудование ИКМ30 (Е1) Плезиохронной Цифровой Иерархии (PDH) обеспечивает скорость 2 Мбит/с по двум медным витым парам. Однако при значительном удалении пользователей друг от друга (свыше 1,5-2,2 км) необходимы ретрансляторы. Чем их больше, тем дороже канал связи. Качество и скорость передачи трактов ИКМ30 оставляют желать лучшего. Частота появления ошибочных битов имеет порядок 10-7 (хотя, по-нашему мнению, и эта цифра сильно занижена), т. е. она значительно выше чем у ВОЛС.

Следует отметить, что сегодня существует целый ряд технологий, обеспечивающих высокоскоростную передачу трафика по линиям связи на основе медного кабеля. Здесь необходимо упомянуть об оборудовании HDSL, позволяющем передавать потоки со скоростью до 2 Мбит/с без применения регенераторов на расстояния существенно большие, чем оборудование ИКМ30. Аппаратура HDSL может быть использована для уплотнения абонентских и соединительных линий, при этом не надо подбирать параметры провода и можно воспользоваться витыми парами уже проложенного кабеля (в зависимости от типа аппаратуры требуется от двух до четырех пар). Технология HDSL предусматривает новый способ кодировки, позволяющий исключить взаимное влияние потоков информации, идущих в прямом и обратном направлениях, а также наводки на аналоговые сигналы в соседних парах.

По данным фирм - производителей оборудования, созданного на основе технологии HDSL, последняя обеспечивает величину BER порядка 10-10. Проводимые в России эксплуатационные испытания оборудования HDSL показали значительное увеличение дальности передачи потоков Е1 (зависит от диаметра жилы кабеля) по сравнению с дальностью, обеспечиваемой аппаратурой ИКМ30. Однако такие испытания проводились при фиксированном коэффициенте BER, равном 10-6. Можно предположить, что для BER порядка 10-10 дальность передачи окажется меньше. К тому же реальное состояние российских кабельных линий (качество используемого кабеля, большое число стыков и т. п.) оставляет желать лучшего. Поэтому заказчик должен сам соотносить необходимые ему качество и дальность связи. Как видим, HDSL - перспективная технология, но ветхость наших телефонных линий не позволяет в полной мере использовать все ее достоинства.

В настоящее время для беспроводного обмена информацией широко применяются радиорелейные линии и радиомодемы. Предельный радиус действия беспроводных радиоканалов - 80 км (без использования ретрансляторов). Радиорелейные линии работают в диапазоне частот до 60 ГГц и обеспечивают скорость передачи от 2 до 34 Мбит/с и выше. В корпоративных сетях более популярны радиомодемы. Различают радиомодемы, работающие в узком (narrow band) и широком (spread spectrum) спектре частот. Для радиомодемов первого вида характерны диапазон частот до 1 ГГц и скорость передачи до 128 Кбит/с, а для радиомодемов второго вида - диапазон частот до 5,85 ГГц и скорость передачи до 2 Мбит/с. Однако при использовании радиомодемов и радиорелейных линий возникает проблема, связанная с искажением или даже потерей сигнала из-за засоренности радиоэфира. К тому же само радиооборудование является источником помех. Для повышения качества связи производители вынуждены идти на различные ухищрения, но, несмотря на это, проблемы остаются. Нельзя забывать и о трудностях, связанных с получением лицензии на использование радиоканала.

Сейчас интенсивно развивается другая технология беспроводной связи - лазерная. По нашему мнению, она имеет бесспорное преимущество перед радиосвязью при организации беспроводных мостов ("точка-точка") на расстоянии до 1,2 км. Цены на оборудование лазерной связи имеют тот же порядок (а зачастую и ниже), что и цены на радиооборудование. В пользу лазерной технологии свидетельствуют следующие характеристики систем лазерной связи:

скорость передачи данных до 155 Мбит/с;
частота появления ошибочных битов (BER) от 10-10 до 10-9;
поддержка большинства сетевых интерфейсов (Ethernet, Token Ring, ATM, FDDI, Fast Ethernet и т. д.);
наличие электрических и(или) волоконно-оптических устройств сопряжения для подвода сетевого трафика к лазерному приемопередатчику;
наличие комбинированного интерфейса для передачи трафика телефонной сети и ЛВС без применения дополнительного мультиплексора.

Выбор того или иного типа оборудования (если он вообще возможен) зависит от многих факторов. Какими же из них мы чаще всего руководствуемся? Полагаем, что основными являются стоимость оборудования и время, затрачиваемое на его установку (при этом, конечно, необходимо, чтобы выбранное оборудование обеспечивало потребности на текущий момент и, возможно, в будущем), что особенно важно при наблюдаемой сегодня динамике роста корпоративных сетей и количества абонентов телефонных сетей. Информацию о стоимости и времени установки рассмотренной выше аппаратуры мы поместили в табл. 1.

Лучший вариант для проводной связи (особенно при наличии уже проложенного медного кабеля) - применение оборудования HDSL. При этом вы получаете выигрыш и в цене и во времени, а также автоматически избавляетесь от необходимости прокладки дополнительных коммуникаций. Аппаратура HDSL обладает высокими адаптивными свойствами и неприхотлива к параметрам медного провода, однако качество передачи может зависеть от его состояния и изменяться на несколько порядков.

Если же для организации ближней связи вы решите воспользоваться беспроводным оборудованием, то преимущество здесь будет на стороне лазерной связи, причем как для обеспечения нужд телефонии, так и для обеспечения нужд вычислительных сетей. Оборудование для лазерной связи стоит меньше радиооборудования (см. табл. 1) и, кроме того, избавит вас от необходимости получать разрешение на использование частоты. Особое преимущество лазерная связь имеет в том случае, когда, кроме данных ЛВС, требуется передача телефонного потока ИКМ30. Применение системы лазерной связи позволяет избежать включения в канал мультиплексоров и, следовательно, сберечь значительные средства.

Оборудование для лазерной связи: принцип действия и представители

Полный комплект оборудования для лазерной связи представляет собой две пары передатчик-приемник. Передатчик, обычный полупроводниковый лазер, преобразует электрические сигналы в модулированное оптическое излучение (мощность не более 40 мВт) в инфракрасном диапазоне (0,82 мкм). Распространяясь в атмосфере (максимальная дальность связи 1,2 км), лазерный луч достигает приемника, представляющего собой фотодиод (чувствительность в среднем около 1 мкВт). Приемник производит обратное преобразование, и на выходе получается исходный электрический сигнал.

Где же могут быть использованы лазерные системы связи? Диапазон их применения широк: для организации выноса абонентской емкости и соединения "последней мили"; в качестве соединительной линии между двух УАТС; для соединения мультиплексоров, объединения сегментов ЛВС и подключения ЛВС к магистральной сети. Этот перечень можно продолжить, поскольку существующие в настоящее время лазерные системы имеют большой набор устройств сопряжения с разнообразным сетевым оборудованием (табл. 2).

Системы лазерной связи строятся по модульному принципу, поэтому их возможности могут легко расширяться путем установки дополнительных модулей.

Важно отметить и тот факт, что лазерные системы не представляют опасности для здоровья человека, поскольку имеют низкую мощность излучения. Использование же стандартного многомодового ВОК для подключения сетевого оборудования к лазерному передатчику гарантирует передачу данных без радиочастотного и электромагнитного излучений.

Лазерные системы развиваются в направлении повышения скорости обмена и дальности связи. В ближайшем будущем появятся приемопередатчики, поддерживающие скорость до 1 Гбит/с. Их использование будет особенно привлекательным для объединения сегментов ЛВС, в том числе построенных по высокоскоростным технологиям (гигабитная Ethernet и ATM).

Способы монтажа лазерного оборудования

Существует несколько способов монтажа лазерного оборудования, их формально можно разделить на наружные (на стене или на крыше) и внутренние (за окном). На рис. 2 представлены два способа наружного размещения лазерных приемопередатчиков. Чтобы облегчить установку оборудования, фирмы-производители предлагают специальные металлические конструкции.

Тип лазерной системы выбирается в зависимости от вида интерфейсов УАТС и(или) сетевого оборудования (см. табл. 2). Информация ЛВС доставляется к лазерному приемопередатчику от сетевого оборудования, имеющего соответствующий электрический или оптический интерфейс. Аналогично может доставляться и трафик телефонной сети - от УАТС, имеющих интерфейсы соединительных линий ИКМ30. В этом случае УАТС подключается непосредственно к лазерному оборудованию (пример такого подключения показан на рис. 2 справа). Если УАТС не имеет таких интерфейсов, то для ее подключения используют различные аналоговые линии, а передаваемый по ним сигнал оцифровывается с помощью внешнего мультиплексора. Тогда потоки информации ЛВС и УАТС могут быть мультиплексированы в единый поток (пример такого подключения показан на рис. 2 слева). Кроме моделей лазерного оборудования, перечисленных в табл. 2, существуют другие, которые имеют интерфейсы для передачи видеоизображения или комбинации голоса, видео и данных управления и могут использоваться для систем технологического телевидения.

Как показано на рис. 2, лазеры располагаются в зоне прямой видимости и оптический путь луча проходит над препятствиями. Выполнение этого требования обязательно, иначе связь невозможна. Помимо этого, имеется ряд других требований, выполнение которых необходимо для устойчивой работы оборудования, поэтому для выбора и монтажа системы лучше обратиться к специалистам.

Приемопередатчик лазерных систем связи выполняется в защищенном и обогреваемом корпусе. При разработке лазерных приемопередатчиков были приняты специальные меры для обеспечения их устойчивой работы во всем диапазоне погодных условий. Например, для защиты от прямых встречных лучей солнца объектив приемника закрыт блендой, а для защиты от гидрометеоритов (снега и дождя) и птиц диаметр луча сделан большим (около 2 м в области приемника). Следует отметить, что туман оказывает гораздо большее влияние на качество передачи, чем снег и дождь. Это связано с тем, что на капельках тумана, представляющих собой мелкодисперсионную пыль, луч рассеивается сильнее, чем на капельках дождя или частицах снега. Подобной неприятности можно избежать, выбрав оборудование, обеспечивающее запас по дальности связи (т. е. чувствительности приемника).

Время развертывания (свертывания) лазерного оборудования составляет несколько часов, что удобно при необходимости быстрого подключения какого-либо оборудования в случае отсутствия канала связи или его аварии, а также при переезде фирмы. При этом вам не придется делать выбор: оставлять или нет проложенные коммуникации? Вы сэкономите свои силы и избежите ненужных и обременительных затрат.

Как указывалось ранее, лазерные приемопередатчики можно устанавливать как снаружи, так и внутри здания. При внутреннем монтаже необходимо помнить, что лазерное излучение, проходя через стекло, теряет свою мощность (на каждом стекле теряется около 4%). Чтобы предотвратить рассеивание луча на каплях дождя, стекающих по внешней стороне стекла, оборудование рекомендуется устанавливать вблизи верхней части стекол.

Лазерная связь: выводы и выгоды

Лазерная связь является альтернативой радио-, кабельной и волоконно-оптической связи. Лазерные системы позволяют создать канал связи между двумя зданиями, находящимися на расстоянии до 1,2 км друг от друга, и передавать по нему телефонный трафик (скорость от 2 до 34 Мбит/с), данные (скорость до 155 Мбит/с) или их комбинацию.

В отличие от беспроводных радиосистем лазерные системы связи обеспечивают высокие помехозащищенность и секретность передачи, так как получить несанкционированный доступ к информации можно только непосредственно от приемопередатчика.

Компания, которая воспользуется лазерной связью для создания основного (резервного) канала ближней связи, избавится не только от необходимости прокладывать новые проводные коммуникации, но также и от необходимости получать разрешение на право пользования радиочастотой. Кроме того, невысокий уровень затрат на организацию высокопроизводительного канала связи, а также небольшое время его ввода в эксплуатацию обеспечат быструю окупаемость вложенных средств. Таким образом, широкий спектр возможностей и несомненные преимущества лазерного оборудования делают его использование лучшим решением проблемы организации надежного канала связи между двумя зданиями.