Hlavní navigace

Topologické variace s Ronjou

Karel Kulhavý

Síťové systémy bezvláknové optiky (FSO) jsou v povědomí veřejnosti zakořeněné jako systémy s topologií point-to-point vyžadující přímou viditelnost. Pokusím se zde tuto představu částečně nabourat.

Výhoda bezvláknové optiky proti WiFi spočívá v tom, že je možné vysílací svazek úzce směrovat. Proto, ač optika používá také bezlicenční pásmo bez kmitočtového a prostorového plánování, nedochází k vzájemnému rušení.

Tato výhoda by zjevně zanikla, pokud bychom použili broadcast vysílač. Ten ovšem zkonstruovat nelze, neboť by musel mít výkon ještě o něco větší než halogenová reflektorová pole na osvětlování staveb a stadiónů (Metropolis má na ose optické EIRP zhruba 20kW). Takový výkon prakticky nelze rychle modulovat, nehledě na velmi nákladnou spotřebu elektrické energie, světelné znečištění atd.

Nejvíce se lze přiblížit broadcast modelu tak, že se na jedno místo nainstaluje větší množství vysílacích hlavic, které se připojí na jednu elektroniku. Vysílací hlavice Ronji Metropolis je možno po vyjmutí zakončovacího odporu 82 ohmů (vzpomeňme na SCSI terminátory sběrnice – zde se jedná o stejný princip) spojovat paralelně na jeden koaxiální kabel. Získáme tím sdílené médium – všechny hlavice budou vysílat stejný signál. Na místě přijímače pak bude běžný Ronja 10M Receiver a AUI interface, z kterého je možné pro další ušetření osadit pouze polovinu (návrh interface obsahuje dvě nezávislé funkční poloviny, jednu pro vysílání, druhou pro příjem). Na „AP“ je možno učinit totéž nebo přebývající přijímací polovičku použít jako „uplink“ pro příjem signálu z páteře :-)

Směr, který pro uživatele znamená upload, je možné nechat třeba stávající WiFi mikrovlnou, ADSL, GPRS nebo sítí kabelové televize. V případě, že tyto technologie vykazují velký roundtrip, je nutno prozkoumat nastavení TCP window size, které rychlost stahování při dlouhých odezvách brzdí. Tímto směrem typicky neteče moc dat, uživatelé většinou stahují. Je možno tak za podstatně nižší cenu odezvu a propustnost připojení značně vylepšit. Výhoda tohoto režimu ovšem zaniká v komunitních sítích, kde dochází k lokálním FTP transferům a podobnému obousměrnému provozu. Výroba jedné hlavice včetně držáku a vysílací elektroniky představuje zhruba 30% pracnosti celé Metropolis. Konzoli (konkrétně válcovaný profil U 50) je možné udělat delší a vyvrtáním více upínacích děr ušetřit i montážní konzoli.

Jediný softwarový zásah, který je potřeba, je manuální nastavení ARP tabulky (např. příkazem arp -i eth0 -s 192.168.12.34 11:22:33:44:55:66), protože síťová karta nemá šanci dostat odezvu na ARP request – nešíří se přes routery. V případně manuálního nastavení tabulky se ani o request pokoušet nebude. Dále je možná potřeba nastavení položky v routovací tabulce.

Podotýkám, že tento model zatím nikde neběží, čeká se na prvního experimentátora. Zatím běží pouze podstatně prozaičtější model spočívající

v šesti obyčejných Ronjách na jednom sloupu, na kterém není z teoretického hlediska vůbec nic zajímavého ;-)

Od tohoto „broadcast“ modelu je možné přejít k tzv. dualheadu, tripleheadu nebo víceheadu. Vznikne tak, že se vysílací hlavice nasměřují všechny na jedno místo (na jeden přijímač). Pokud koaxiál mezi hlavicemi není příliš dlouhý („buřtík“ světla Metropolis má 15 metrů ve vzduchu a v koaxiálu je to zhruba 10 metrů), signály se sečtou přesně ve fázi a je možné počítat, jako by vysílač byl dvakrát silnější. Zde nám ale není příroda příliš nakloněna – vzdálenost roste pouze s druhou odmocninou výkonu. Proto dualhead má dosah o 40% větší (nepočítám mlhu, ta výpočty značně komplikuje) a triplehead o 70%. Čtyři hlavice zvýší dosah dvakrát. Prakticky lze říct, že se vyplatí tak leda dualhead. Dualhead také zatím nikde neběží, i když představuje nominální dosah Metropolis 2.0km. Praktičtější bude Interpolis, jejíž částečně sestavenou hlavici mám v tomto okamžiku na stole (hlavice ponese jméno Lucifer a bude vhodná i pro 100Mbps).

V případě, že chceme spojit tři domy, které na sebe navzájem vidí, a udělali bychom to naivní topologií tvaru V, potřebujeme čtyři zařízení. Pokud uděláme kruhovou topologii, stačí zařízení tři. I zde je nutnost manuálního nastavení ARP a routovací tabulky.

Občas je potřeba komunikovat za roh. Nejjednodušší řešení je umístit na nějaký mezilehlý objekt retranslaci s PC routerem a dvěma kompletními zařízeními Ronja. Umístění PC routeru v budově není takový problém jako u WiFi, protože svod mezi hlavicemi a AUI interfacem může mít délku až 100 metrů (stačí na to obyčejný ethernetový koaxiál RG58), čemuž u WiFi brání útlum koaxiálu. Překonání problému AUI interfacu vydáním oficiálního TP interface mám také v TODO listu. Největší problém je ale s rizikem zakousnutí software/hardware, selhání větráčku a případně i s mrazem/horkem (na půdách).

Řešením je tzv. analogová retranslace. K té nepotřebujeme žádný router a dokonce ani AUI interface. Stačí nám čtyři optické hlavice a dvě elektroniky vysílače a přijímače. Napájení zajistí adaptér do zásuvky s napětím 12V. Koaxiál z jednoho přijímače se zapojí do druhého vysílače a naopak.

Fyzicky tímto způsobem běží tato linka v Běhařovicích. Jedno rameno má délku 1300 metrů a druhé 400 metrů. Nominální dosahy obou spojů jsou 1300 metrů. Výhodou zde je zejména velké ušetření na elektronice – ušetří se zhruba 60% práce s elektronikou. Mechanika naopak zůstane celá, ušetřit se dá leda na konzolích.

Na analogové retranslaci je z teoretického hlediska jistě nejzajímavější výpočet jejího dosahu neboli signálových a šumových poměrů. Vzhledem k tomu, že taková retranslace sice signál zesílí a znovu natvaruje, ale již neobnoví časovou základnu, vzniká určitá degradace signálu. Jak je tato degradace velká?

Šum způsobuje na příjmu náhodný posun náběžných a sestupných hran signálu v čase, kterému se odborně říká jitter. V případě, že zařadímě retranslaci, náhodné posuvy se sečtou jako nezávislé náhodné veličiny. To bude způsobovat zhruba stejný jitter, jako kdybychom měli jednu linku, která má v elektrickém řetězci sečtené oba šumové signály (k podrobnějšímu odvození tohoto faktu je třeba si představit šikmé hrany signálu a působení přičtených šumů na tyto hrany). Výkon elektrického signálu produkovaného přijímací fotodiodou roste ale s druhou mocninou výkonu dopadajícího optického signálu. Složíme-li všechny tyto vztahy dohromady, vyjde nám, že linka sestávající z dvou segmentů o délce 1.0 km bude mít bitovou chybovost alespoň tak dobrou jako jedna linka o délce 1.19 km :-) Vidíme, že vliv retranslace na chybovost je malý.

Analogovou retranslaci je možné použít i jako prostředek k překlenutí vzdálenosti větší, než jsou schopnosti technologie, což následující druh retranslace neumožňuje.

V případě, že není možné instalovat ani připojení na elektrickou síť, připadá v úvahu již pouze tzv. pasivní retranslace – zrcadlo. Takto linku dosud nikdo neprovozuje. Zrcadlo stačí běžné od sklenáře, musí být ale dost velké, počítám od půl metru výše, aby odrazilo celý paprsek o tloušťce 13cm plus prvních deset fresnelových zón. Paprsky se mohou v místě zrcadla částečně nebo zcela křížit, čímž se ušetří plocha zrcadla.

V terminologii WiFi pasivní retranslace vypadá jako dvě směrovky spojené kouskem kabelu. Tento režim je dle doslechu úspěšně používán i v pražském CZFree.

Zrcadlo ale musí být na držáku s možností přesného změrování – tedy např. obyčejném Ronja Universal Holderu. Není možné použít pevnou montáž. Trasu je nutno zaměřit postupně – nejdřív vysílač na zrcadlo (pomocí odrazky u zrcadla), dále zrcadlo na druhý konec (pomocí odrazky na druhém konci) a podobně druhý směr. Otázkou je kondenzace rosy na zrcadle. Pokud nemáme přístup k elektřině, nemůžeme optickou plochu vytápět. Kondenzace na volně přístupném zrcadle ale nastává obecně jindy než na uzavřených dutých předmětech se sklem (optické tubusy, automobily). Dále je třeba také nějaká stříška, aby se zrcadlo pokud možno uchránilo deště a sněhu. Zrcadlo ve větru bude klást větší odpor než tubusy, proto mohou stoupnout nároky na kvalitu upevnění.

Konfigurační flexibilita pojítek s odděleným tubusem a zaměřováním přijímače a vysílače umožňuje i rekonfiguraci za běhu. Ronja Universal Holder je úmyslně navržen tak, aby pokrýval svým rozsahem nastavení všemi směry. Je například možné přidat ke stávající lince „odbočku“, která zesílí propustnost mikrovlny k někomu, kdo je stranou existující optické trasy. Nebo je možné z linky s dvěma vysílacími tubusy jeden tubus použít na jinou linku, čímž dojde pouze ke snížení dostupnosti (linka bude citlivější na mlhu) a tak podobně.

To, co se u komerčních pojítek označuje jako „mesh topology“, spočívá ve větším množství krátkých dvoubodových spojů tak, aby graf pokrytí byl případně dvou a více souvislý (při rozpadu jednoho spojení to může jít oklikou). Zdálo by se, že spoj na krátkou vzdálenost bude podstatně levnější, ale zatím mé zkušenosti ukazují, že na mechanické části, která je na spoji nejobtížněji vyrobitelná, není možné podstatně ušetřit ani v případě, že žádáme pouze krátký spoj. V případě běhu na několik málo set metrů ale může linka dosahovat vysněné Carrier Grade dostupnosti požadované telekomunikačními operátory – zatemnění linky průletem ptáka nebo průchodem člověka po střeše se obejde jinou cestou. Topologie mesh se ale kvůli vyžadovanému intergrovanému rychlému směrování rámců zkoumá pouze v exkluzivní komerční sféře, nikoliv ve sféře levných pojítek.

Další topologickou možností je více přijímačů chytajících stejný vysílač. Toto je ale možné, pokud jsou tyto tři body téměř v zákrytu, což nemá praktický význam. V případě, že ale vysílač je na vysoké budově a přijímač na nízké, představuje tato topologická varianta příležitost pro odposlech. V Čimicích existují dvě místa, kde je možné signál takto chytnout a odposlouchávat moje připojení na Internet – schválně, kdo je najde první ;-)

Speciální konstrukcí vysílače by bylo možno do jednoho tubusu umístit více vysílacích diod, které by pokryly několik blízkých cílových stanic skrze společnou čočku. Problém je zde ovšem v tom, že diody by bylo nutno vůči sobě jemně křížově posouvat a mechanismus by musel být ovladatelný i v polních podmínkách, z vnějšku tubusu. Tyto požadavky činí příslušný mechanismus pravděpodobně pracnějším než výrobu příslušného počtu obyčejných tubusů.

Bezvláknová optika, stejně jako WiFi, zná také polarizaci vln. Projekt Ronja tuto vlastnost světla zatím nechává nevyužitou, ale v případě, že by například na chlup stejnou trasu chtěly využít dva konkurenční subjekty a nemohly se dohodnout, může jeden použít svislý a druhý vodorovný optický polarizační filtr a trasu tak sdílet. Tento jev ale může prakticky nastat pouze v případě masovějšího nasazení FSO v praxi, které, jak se zdá kvůli mnohým nevýhodám bezvláknové optiky (cena, mechanické požadavky na montáž, přírodní omezení dostupnosti), zatím v bezprostřední budoucnosti nehrozí.

Na závěr jednu lahůdku. Skutečné optické „spojení za roh“ bez retranslace bylo fyzicky realizováno. Jednalo se o odraz na 5km od mraků, nicméně takové spojení není absolutně ke komunikaci použitelné – jeho přenosová rychlost byla jeden bit za 30 sekund! Podobným způsobem pracují běžná optická zařízení na meteorologické měření vertikálního profilu chemického složení atmosféry (tzv. LIDARy – optické radary). Tyto exotické experimenty (včetně optických spojení na řádově stovky kilometrů) jsou popisovány na mailing listu optických radioamatérů – listulaser na qth.net.

Našli jste v článku chybu?

23. 10. 2005 15:25

fisero (neregistrovaný)
Ale pánové.. copak vám říká elektromagnetiská indukce?? každý vodič nalézající se v proměnném magnetiském poli na sobě naindukuje tomu odpovídající napětí.. a naopak.. proměnné napětí generuje okolo vodiče elmag. pole.. A standartní blesk má 100-150Kv.. Takže, když už vám to práskne do střechy paneláku s nejvetší pravděpodobností to odnese veškerá lektornika v něm umístěná.. Panel = beton a uvnitř roxory, který se svařujou s ostatníma panela.. Takže panelák je velká oselová klec.. a do ní se nai…

16. 12. 2003 19:26

Jádro (neregistrovaný)

no ale otráčením nedělíte rychlost, ale vlastně přerušujete signál. Takže packetloss třeba 99%, to má fungovat?

Vitalia.cz: Proč vás každý zubař posílá na dentální hygienu

Proč vás každý zubař posílá na dentální hygienu

Vitalia.cz: Vychytané vály a válečky na vánoční cukroví

Vychytané vály a válečky na vánoční cukroví

Lupa.cz: Kdo pochopí vtip, může jít do ČT vyvíjet weby

Kdo pochopí vtip, může jít do ČT vyvíjet weby

DigiZone.cz: ČRo rozšiřuje DAB do Berouna

ČRo rozšiřuje DAB do Berouna

Měšec.cz: Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Měšec.cz: Stavební spoření: alternativa i pro seniory

Stavební spoření: alternativa i pro seniory

Měšec.cz: Jak vymáhat výživné zadarmo?

Jak vymáhat výživné zadarmo?

Podnikatel.cz: Snížení DPH na 15 % se netýká všech

Snížení DPH na 15 % se netýká všech

120na80.cz: Co všechno ovlivňuje ženskou plodnost?

Co všechno ovlivňuje ženskou plodnost?

Lupa.cz: Co se dá měřit přes Internet věcí

Co se dá měřit přes Internet věcí

DigiZone.cz: Flix TV: dva set-top boxy za korunu

Flix TV: dva set-top boxy za korunu

Podnikatel.cz: Chtějte údaje k dani z nemovitostí do mailu

Chtějte údaje k dani z nemovitostí do mailu

Podnikatel.cz: Podnikatelům dorazí varování od BSA

Podnikatelům dorazí varování od BSA

Podnikatel.cz: K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

Lupa.cz: Proč firmy málo chrání data? Chovají se logicky

Proč firmy málo chrání data? Chovají se logicky

Vitalia.cz: Jmenuje se Janina a žije bez cukru

Jmenuje se Janina a žije bez cukru

Vitalia.cz: Láska na vozíku: Přitažliví jsme pro tzv. pečovatelky

Láska na vozíku: Přitažliví jsme pro tzv. pečovatelky

Měšec.cz: mBank cenzuruje, zrušila mFórum

mBank cenzuruje, zrušila mFórum

Vitalia.cz: Spor o mortadelu: podle Lidlu falšovaná nebyla

Spor o mortadelu: podle Lidlu falšovaná nebyla

Vitalia.cz: Když přijdete o oko, přijdete na rok o řidičák

Když přijdete o oko, přijdete na rok o řidičák