Przyjęło się uważać, że sieci komputerowe to miedź (okablowanie Ethernet kat.5+) i szkło (światłowody). Nie są to jednak jedyne możliwe nośniki informacji. Dzisiejszy materiał traktuje o tych, czasem bardzo nietypowych sposobach transmisji.
Spis treści
Laserowe Łącze Cyfrowe
Komunikacja z użyciem modulowanej wiązki laserowej nie jest niczym nowym. To podejście było już testowane w latach schyłku XXw., a nawet na początku XXIw. doczekało się „wersji cywilnej” działającej z „oszałamiającą” prędkością 115kbps.
Łącza laserowe (FSO) to ciekawa alternatywa dla łączy kablowych LAN oraz radiowych WLAN. Główną zaletą łączy optycznych jest ich prędkość – sięgająca nawet 1Gb/s. Ten rząd wielkości przepływności jest praktycznie nieosiągalny dla urządzeń radiowych pracujących w paśmie nie licencjonowanym na dystansach miejskich przy wielu urządzeniach radiowych zakłócających się wzajemnie.
Budowa systemu laserowego
Kompletne bezprzewodowe łącze laserowe tworzą dwie głowice optyczne. Głowice mogą posiadać różne interfejsy: 10/100-Base-TX Ethernet, światłowodowy (jednomodowy, wielomodowy). Po zestawieniu głowic i podłączeniu ich do sieci LAN uzyskujemy przeźroczysty dla ruchu sieciowego most laserowy.
Wykorzystywane medium transmisyjne
Do transmisji danych wykorzystywane jest światło emitowane przez diody laserowe o długości rzędu kilkuset nm. Z racji tego na stosowanie optolinii FSO nie jest wymagane jakiekolwiek pozwolenie czy rezerwacja częstotliwości. Niezwykle istotny jest również fakt, że transmisja nie podlega żadnym zakłóceniom ze strony systemów radiowych. Stanowi to bezdyskusyjną zaletę łączy FSO, szczególnie w aglomeracjach miejskich, gdzie pozyskać częstotliwość koncesjonowaną jest niezwykle ciężko, a pasma nielicencjonowane są narażone na bardzo silne zakłócenia.
Osiągana przepustowość
Z dużą dozą uproszczenia łącze laserowe możemy potraktować jako bezprzewodowe przedłużenie „skrętki” czy światłowodu. W zależności od modelu optolinie gwarantują pełną przepływność, jaką oferuje nam dany interfejs. Czyli np. dla interfejsu 1Gb/s łącze zapewni przepustowość 1Gb/s w jedną i 1Gb/s w drugą stronę (Full-Duplex) nie wnosząc dodatkowych opóźnień. W przypadku łączy laserowych moc odbieranego sygnału nie oddziałuje na prędkość transmisji, co jest specyficzne dla łączy radiowych. Jeżeli tylko głowica laserowa odbiera sygnał nawet w minimalnym zakresie to łącze pracuje z pełną przepustowością.
Zasięg łączy optycznych
Dla różnych modeli optolinii producenci deklarują różne zasięgi urządzeń optycznych – nawet na poziomie kilku kilometrów. Przy doborze urządzeń należy jednak brać pod uwagę specyfikę warunków środowiskowych. W różnych warunkach klimatycznych występują niekiedy intensywne mgły oraz silne opady deszczu i śniegu. Stąd też powinno się wybrać model z dużym zapasem, jeśli chodzi o deklarowany przez producenta zasięg optolinii. Uchroni to przed przerwami w pracy łącza w przytoczonych powyżej przypadkach. Wybór głowic ze stosownym zapasem mocy zagwarantuje także bezawaryjną pracę łącza laserowego w okresie mgieł i opadów deszczu oraz śniegu.
Bezpieczeństwo transmitowanych danych
Bezprzewodowe łącza laserowe wyróżniają się miedzy innymi gwarancją bezpiecznej transmisji danych. Podsłuchanie lub przechwycenie transmitowanych danych jest praktycznie niemożliwe. Wiązka światła emitowanego przez głowice posiada kąt promieniowania rzędu kilku tysięcznych radiana. Stąd optolinie FSO z powodzeniem wykorzystywane są tam, gdzie pożądany jest najwyższy poziom poufności transmitowanych informacji.
Wpływ łączy laserowych na zdrowie, a raczej jego brak
Światło emitowane przez głowice laserowe posiada, w zależności od modelu, długość rzędu kilkuset nm. W związku z tym, że promieniowanie laserowe o zróżnicowanych długościach fal i mocach może powodować różne skutki, podczas oddziaływania z tkanką biologiczną, lasery podzielono na siedem klas (wg PN-EN 60825-1: 2000). Najczęściej wykorzystywane są urządzenia klasy 1M co zgodnie z normą oznacza:
- Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal do 302,5 nm do 4000 nm, które są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne.
Przyszłość łączy laserowych
Obecnie ta dziedzina zyskuje na znaczeniu, co jest widoczne np. na poniższej liście tematów naukowych zajmujących się komunikacją laserową.
https://www.science.gov/topicpages/l/laser+communication+lasercom.html
Nawet w Polsce można wskazać jednostki naukowe prężnie zajmujące się taką technologią. Specjaliści z Instytutu Optoelektroniki WAT pracują nad zastosowaniem nowej technologii w dalmierzach laserowych, dzięki czemu żołnierze wykorzystujący to urządzenie będą mogli dodatkowo komunikować się między sobą w trudnym terenie oraz podczas tzw. ciszy radiowej. Technologią optycznej transmisji danych zainteresowana jest także NASA
– Dostępne obecnie optyczne systemy transmisji danych, wykorzystują jako źródła promieniowania głównie lasery pracy ciągłej. Oferują one bardzo dużą szybkość transmisji, sięgającą dziesiątek Gb/s. Jednak lasery impulsowe mogą generować impulsy o kilkadziesiąt razy większej mocy, co automatycznie przekłada się na większy zasięg transmisji, bądź na utrzymanie transmisji w dużo trudniejszych warunkach atmosferycznych – mówi Tadeusz Drozd z Instytutu Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej.
Lasery impulsowe są powszechnie stosowane w systemach militarnych, medycynie i przemyśle. Naukowcy pracują nad możliwością wykorzystania ich do transmisji danych. Możliwość komunikacji i szybkiego przesyłania danych z wykorzystaniem laserów impulsowych może stanowić dodatkową funkcję w urządzeniach, gdzie laser ten jest już wbudowany i wykorzystywany do innych celów, np. w dalmierzach laserowych, służących do pomiaru odległości, występujących w różnego rodzaju systemach wojskowych.
– Chcemy wyposażyć żołnierzy w dalmierze z wbudowaną funkcją transmisji danych. Obok bezpośredniej łączności dalmierz-dalmierz, pozwoli to na transmisję danych z urządzeń, które do tego dalmierza zostaną podłączone, np. transmisje wideo z laptopa lub tabletu pomiędzy żołnierzami znajdującymi się w terenie. Z uwagi na szczególne parametry promieniowania laserowego – małą rozbieżność generowanej wiązki, niewidoczny zakres widmowy promieniowania (podczerwieni) – przesyłanie danych i mowy może być skryte i praktycznie niemożliwe do podsłuchu i zakłócenia na polu walki – wyjaśnia mjr Tadeusz Drozd.
Nowa technologia może być wykorzystywana również w zastosowaniach cywilnych, np. jako łącza transmisji danych wszędzie tam, gdzie głównym kryterium transmisji nie jest szybkość, lecz zasięg i niezawodność. Jej dużym atutem jest odporność na trudne warunki atmosferyczne.
Komunikacją laserową interesuje się NASA. Rozwijany jest projekt nadajnika laserowego, który będzie częścią instrumentu Deep Space Optical Communications. System będzie mógł pokazać swoje możliwości podczas misji Psyche w 2022 r., kiedy do głównego pasa planetoid w Układzie Słonecznym zostanie wysłana sonda, której celem będzie zebranie danych potrzebnych do dokładnego zrozumienia, jak powstają planety i inne ciała niebieskie.
Według analityków marketsandMarkets, globalny rynek technologii laserowych będzie wart w 2022 r. blisko 15,5 mld dolarów. Największe wzrosty notować będzie zastosowanie laserów właśnie w optycznej komunikacji.
Krótkofalarskie sieci komputerowe
To rozwiązanie stanowi raczej ciekawostkę, dlatego w całości poniżej umieszczony jest przedruk ze strony: http://www.swiatradio.com.pl/archiwum/2004/InternetoweQSO.htm na wypadek wyłączenia źródła.
Internetowe QSO
Amatorska sieć AX25 już od wielu lat korzysta z łączy internetowych dodatkowo do łączy radiowych. W wielu krajach sprawa posługiwania się Internetem przez sieci amatorskie była szeroko dyskutowana i budziła szereg sprzeciwów, ponieważ oznacza to uzależnienie się od sieci nieamatorskich (komercyjnych) i może utrudnić utrzymanie obecnych przydziałów częstotliwości względnie uniemożliwić otrzymanie nowych. W niektórych krajach, także w Polsce, uruchamianie takich bramek radiowo-internetowych jest niedozwolone.
Od niedawna łącza internetowe są wykorzystywane także w łącznościach fonicznych.
Wszystkie przytoczone powyżej zastrzeżenia odnoszą się wprawdzie i do tego przypadku, ale warto też zauważyć, że sprzężenie ze sobą stacji przekaźnikowych za pomocą Internetu pozwala na znaczące zwiększenie zasięgu stacji UKF i umożliwia także amatorom, posiadającym wyłącznie licencje UKF, mogącym korzystać w danym momencie wyłącznie ze sprzętu UKF (np. w czasie urlopów) lub niemającym możliwości zainstalowania anteny krótkofalowej, na prowadzenie łączności „DX-owych”. Łączności takie nie liczą się w zawodach i przeważnie nie stanowią podstawy do uzyskania dyplomów, ale mogą być ciekawym przeżyciem dla kogoś, kto dotąd był zmuszony do uprawiania krótkofalarstwa w bardziej ograniczonym zakresie. Zwiększenie zasięgu stacji dzięki wykorzystaniu łączy internetowych może jednak zmniejszyć motywację do uzyskania licencji KF.
Na pytanie, w jakim stopniu jest to jeszcze krótkofalarstwo, można odpowiedzieć więc bardzo różnie, ale jednak warto zapoznać się z obecnie stosowanymi systemami.
Ich podstawową zasadą pracy jest transmisja głosu w postaci cyfrowej przy wykorzystaniu protokółów internetowych (VoIP – ang. Voice over IP), identycznie jak w przypadku telefonii internetowej. Dotyczy to oczywiście tylko odcinków łączy prowadzących przez Internet – transmisja przez radio odbywa się analogowo przy wykorzystaniu zwykłych amatorskich radiostacji FM. Stacje przekaźnikowe pracują przeważnie w pasmach 2 m i 70 cm, czasami również w pasmach 6 m albo 23 cm.
Łącza internetowe służą nie tylko do sprzęgania ze sobą stacji przekaźnikowych. Stacje te są w niektórych systemach (Echolink, iLink, eQSO) dostępne również od strony Internetu. Użytkownicy internetowi mogą łączyć się nie tylko z przekaźnikami, ale i prowadzić QSO między sobą parami lub w kółeczkach konferencyjnych. Bramki radiowe muszą być dostępne od strony Internetu jedynie dla licencjonowanych nadawców. W zależności od sieci (obecnie pracuje równolegle kilka podobnych do siebie, ale nie identycznych systemów, korzystających z oddzielnych serwerów) stosowane są różne środki zabezpieczające: rejestracja nowych użytkowników, połączona ze sprawdzeniem prawidłowości danych w spisach nadawców (Echolink, iLink), albo stały nadzór łączności przez operatorów, którzy mogą blokować na bieżąco dostęp osobom nieuprawnionym (eQSO). W sieciach IRLP i WIRES-II dostęp do stacji przekaźnikowych jest możliwy tylko od strony radiowej, a więc z samej zasady pracy są one najlepiej zabezpieczone przed dostępem przez osoby nieposiadające licencji amatorskiej.
Korzystanie z bramek internetowych przez radio nie wymaga użycia żadnego specjalnego wyposażenia, ponieważ jest to zwykła łączność foniczna FM. Ze względu na to, że do sterowania przekaźnikami stosowane są tony DTMF, radiostacja (lub mikrofon) powinna być wyposażona w klawiaturę z koderem DTMF.
Korespondenci internetowi muszą mieć do dyspozycji komputer wyposażony w podsystem akustyczny, mikrofon, głośniki, odpowiedni – jeden z przedstawionych dalej – program komunikacyjny i oczywiście dostęp do Internetu. Jakość i płynność transmisji zależy w znacznym stopniu od szybkości transmisji w kanale dostępowym, dlatego też krótkofalowcy korzystający z wolniejszych (zwłaszcza analogowych) modemów telefonicznych i ew. z usług bardziej przeciążonych serwerów mogą mieć częściej trudności w prowadzeniu QSO.
Krytycy systemów dopuszczających dostęp od strony internetowej podkreślają zagubienie się eksperymentalnego aspektu krótkofalarstwa – wystarczy zamówić i opłacić dostęp do Internetu, a w przypadku wystąpienia problemów technicznych złożyć reklamację u dostawcy. Użytkownik staje się w praktyce wyłącznie konsumentem korzystającym z gotowych i sprawdzonych rozwiązań, a na dodatek mniejsza lub większa część prowadzonych QSO odbywa się wyłącznie na drodze kablowej i nie ma nic wspólnego z komunikacją radiową. Z drugiej jednak strony właśnie dostęp internetowy może stanowić plus w oczach młodzieży – potencjalnych przyszłych adeptów krótkofalarstwa.
Echolink
Do najbardziej popularnych systemów należy obecnie Echolink. Został on opracowany przez K1RFD na początku 2002 r. Oprogramowanie Echolink jest dostępne bezpłatnie pod adresem [1] i pracuje pod systemami Windows 98/2000/XP, a także na komputerach MacIntosh w połączeniu z emulatorem Windows. Przed uzyskaniem pełnego dostępu do zasobów systemu dokonuje on weryfikacji znaku wywoławczego podanego przez użytkownika w trakcie pierwszego kontaktu i wprowadzonego do konfiguracji programu („System Setup”, rys. 1). W zależności od dostępności danych proces weryfikacji może trwać od kilku minut do kilku godzin lub dni. Konfiguracja programu jest prosta i wymaga zasadniczo wypełnienia karty „My station” („Moja stacja”) zawierającej oprócz znaku wywoławczego kilka danych osobistych. Podanie adresu elektronicznego nie jest obowiązkowe – służy on tylko do ewentualnej komunikacji z innymi użytkownikami systemu. Ustawienia zawarte na pozostałych kartach można na początek pozostawić bez zmian, jedynie użytkownicy korzystający z wolniejszych kanałów dostępowych do Internetu (np. analogowych modemów telefonicznych) mogą w karcie „Audio” powiększyć rozmiar bufora sieciowego („Network buffering”), jeżeli odbierają dźwięk z częstymi przerwami. Suwak „PC buffering” służy do zmiany wielkości bufora nadawczego i wymaga regulacji, gdy korespondenci odbierają dźwięk z przerwami. Powiększenie buforów oznacza jednak zwiększenie opóźnienia w odtwarzaniu, dlatego optymalne ustawienie musi być znalezione eksperymentalnie. Po uzyskaniu połączenia z serwerem Echolink użytkownik otrzymuje na ekranie spis stacji dostępnych w danym momencie i może z niego wybrać dowolnego korespondenta internetowego lub przekaźnik radiowy (rys. 2, rys. 3). Stacje przekaźnikowe pracują przeważnie w pasmach 2m lub 70 cm. Znaki stacji dysponujących wyjściem radiowym zawierają dodatek -R dla przekaźników półdupleksowych lub -L dla stacji simpleksowych – te ostatnie przeważnie są stacjami indywidualnymi. Po uzyskaniu połączenia z wybraną stacją można w zwykły sposób prowadzić foniczne QSO. Do przełączania nadawanie-odbiór służy klawisz odstępu lub symbol na ekranie, a do regulacji siły głosu – mikser Windows. Podane w spisie identyfikatory stacji (numery) służą do nawiązania z nimi połączenia przez radio przy użyciu tonów DTMF.
Serwery Echolink pozwalają także na prowadzenie łączności w trybie konferencyjnym – w kółeczkach. Korespondent może wybrać dowolny z istniejących kanałów konferencyjnych lub założyć własny.
Oprogramowanie Echolink korzysta z kanałów logicznych (ang. socket; port) TCP/IP o numerach 5198 – 5200, które są przeważnie zablokowane w zaporach przeciwwłamaniowych (ang. fire wall). Użytkownicy korzystający z takich zapór (w systemie Windows XP zapora jest automatycznie uruchamiana) powinni albo dopuścić do użytku wymienione kanały w konfiguracji zapory, albo też wyłączyć zaporę na czas korzystania z Echolink. W celu połączenia komputera z radiostacją można użyć dowolnego układu stosowanego do łączności PSK31 lub SSTV przy użyciu systemu akustycznego komputera albo gotowych urządzeń oferowanych przez niektóre firmy amerykańskie jak np. MFJ, West Mountain Radio, Tigertronics i inne. Niektóre z nich pozwalają również na zdalne sterowanie radiostacją ([2], [3]). Dla bramek radiowych należy wybrać w konfiguracji opcję operatora systemu („sysop”), zamiast przeznaczonej dla korespondentów internetowych opcji „Single user”.
iLink
Poprzednikiem systemu Echolink jest, opracowany przez M0CSH, iLink. Jest on bardzo zbliżony do Echolink, z tym że do połączenia komputera z radiostacją muszą być stosowane gotowe układy jak np. te oferowane przez [2 i 3]. Różnica ta jest oczywiście nieistotna dla użytkowników łączących się przez Internet i nieplanujących połączenia własnych stacji z systemem. Oprogramowanie iLink jest dostępne bezpłatnie pod adresami [4 i 5]. W celu zabezpieczenia się przed dostępem przez osoby niepożądane stosowana jest weryfikacja znaków. Popularność systemu iLink zmniejszyła się znacznie po pojawieniu się Echolinku.
eQSO
Systemy iLink i Echolink korzystają z oddzielnych sieci serwerów. Analogicznie z oddzielnej sieci korzysta trzeci z opisywanych tu systemów, opracowany przez M0ZPD – eQSO. Również i w tym przypadku oprogramowanie – dla systemów Windows – jest dostępne bezpłatnie w Internecie [6, 7 i 15]. Do kluczowania nadajnika wykorzystywane jest złącze COM, podobnie jak np. w programach dla emisji PSK31. Oznacza to, że do połączenia komputera z radiostacją można korzystać zarówno z rozpowszechnionych układów współpracujących z programami dla PSK31, jak i ze wszystkich innych wymienionych powyżej.
Podobnie jak w Echolink w spisie czynnych stacji do znaków bramek radiowych dodawane są oznaczenia -L i -R odpowiednio dla stacji simpleksowych (przeważnie indywidualnych) i półdupleksowych (przekaźników). Również i w eQSO dostępne są kółeczka konferencyjne. Użytkownicy wchodzący do kółeczka od strony Internetu powinni ograniczyć się do nasłuchu o ile nie posiadają licencji nadawcy, a w kółeczku znajdują się stacje dysponujące wyjściami radiowymi. Natomiast w kółeczkach, w których uczestniczą wyłącznie użytkownicy internetowi, nadawać może każdy niezależnie od tego, czy jest posiadaczem licencji nadawcy czy też nie. Operatorzy bramek radiowych nie powinni wchodzić do kółeczek, w których pracują osoby nielicencjonowane, jeżeli wyjście radiowe jest czynne. Niepodporządkowanie się tym ograniczeniom powoduje wykluczenie z systemu. W przeciwieństwie do poprzednich dwóch rozwiązań w eQSO nie przeprowadza się weryfikacji użytkowników. Niedostateczne zabezpieczenie przed dostępem do eteru przez osoby nieupoważnione należy do najczęstszych punktów krytyki i spowodowało, że popularność eQSO jest znacznie niższa od stopnia akceptacji Echolink.
Instrukcję korzystania z oprogramowania eQSO w języku polskim można znaleźć w Internecie pod adresem [15]. Rysunek 4 przedstawia okno klienta bramki radiowej, czyli programu służącego do prowadzenia QSO. Okno zawiera pola wyboru serwera, stacji docelowej i kółeczka konferencyjnego oraz regulatory siły dźwięku nadawanego i odbieranego. Przycisk „See who’s on the system” otwiera okno zawierające spis dostępnych kółeczek.
IRLP
System IRLP (Internet Radio Linking Projekt) pozwala jedynie na dostęp przez kanały radiowe. Internet służy tu tylko do połączenia ze sobą stacji przekaźnikowych. Wyklucza to więc z samej zasady pracy dostęp przez osoby nieupoważnione. Korzystanie z systemu jest dla krótkofalowców podobne do prowadzenia łączności przez zwykłe stacje przekaźnikowe, z tą jedynie różnicą, że w celu połączenia się z odległą stacją przekaźnikową należy podać jej numer identyfikacyjny za pomocą tonów DTMF. Identyfikator stacji składa się ze znaku krzyżyka i czterech cyfr. Dalszy ciąg QSO jest identyczny jak w przypadku łączności lokalnych, należy jedynie po włączeniu nadajnika pozostawić krótką przerwę na czas propagacji sygnału w Internecie oraz trochę dłuższe niż zwykle przerwy pomiędzy relacjami z tego samego powodu. Oprócz połączeń z pojedynczą stacją przekaźnikową system IRLP pozwala na połączenie ich z większą liczbą za pośrednictwem stacji-reflektora i w konsekwencji na prowadzenie QSO w kółeczkach konferencyjnych. Liczba sprzężonych przez IRLP przekaźników europejskich jest jak na razie niewielka. Przeważająca ich część znajduje się w Wielkiej Brytanii, Szwecji i Norwegii, a po jednym także w Niemczech (Norymberga), Belgii (Gandawa) i Holandii (Eidhoven). Aktualne mapy rozmieszczenia przekaźników (rys. 6) z podaniem ich identyfikatorów i częstotliwości pracy znajdują się pod adresem [9]. Oprogramowanie stacji przekaźnikowej pracuje pod systemem Linux, a do połączenia komputera z radiostacją stosowany jest specjalny układ sprzęgający.
WIRES-II
WIRES-II (ang. Wide-coverage Internet Repeater Enhancement System) jest siecią przekaźników zorganizowaną i zarządzaną przez firmę YAESU i pracującą w sposób podobny do IRLP. Dostęp do sieci możliwy jest jedynie od strony radiowej, a do połączenia z odległą stacją przekaźnikową konieczne jest podanie za pomocą tonów DTMF jej identyfikatora składającego się z krzyżyka, czterech cyfr i znaku D. Do rozłączenia służy kod składający się z krzyżyka i pięciu dziewiątek albo z krzyżyka, czterech dziewiątek i znaku D. Podobnie jak w systemie IRLP możliwe są zarówno połączenia z pojedynczą stacją przekaźnikową, jak i łączności konferencyjne. Spisy stacji przekaźnikowych wraz z ich identyfikatorami znajdują się w Internecie pod adresem [11]. Większość stacji przekaźnikowych WIRES-II znajduje się w USA i Japonii. Europejskie stacje WIRES-II pracują w Wielkiej Brytanii, Francji, Szwajcarii, Szwecji i Hiszpanii (w tym jedna na Gran Canarii). Oprogramowanie stacji przekaźnikowej pracuje pod systemem Windows, a do połączenia komputera z radiostacją stosuje się sprzęgacz HRI-100. Dla polskich użytkowników w chwili obecnej zarówno WIRES-II, jak i IRLP są w praktyce niedostępne, ponieważ ich stacje przekaźnikowe znajdują się dość daleko od granic kraju. Można z nich jednak skorzystać w czasie wyjazdów zagranicznych.
PalTalk
PalTalk jest serwerem konferencyjnym tylko częściowo związanym z krótkofalarstwem. Wśród wielu konferencji tematycznych (ang. chat room) znajdują się również konferencje krótkofalarskie, a w niektórych z dostępnych kółeczek „uczestniczą” również amatorskie stacje przekaźnikowe. O ile w konferencjach wyłącznie internetowych uczestnicy mogą używać dowolnych pseudonimów (ang. nick name), o tyle w kółeczkach dysponujących wyjściem radiowym konieczne jest używanie znaku wywoławczego zamiast pseudonimu. Zaleca się, aby krótkofalowcy posługiwali się znakami wywoławczymi również i w pozostałych konferencjach o tematyce amatorskiej. Konferencje mogą być prowadzone zarówno na fonii, jak i pisemnie. Oprogramowanie dostępne jest w Internecie pod adresem [16].
Autor: Krzysztof Dąbrowski OE1KDA
Adresy internetowe:
[1] www.echolink.org
[2] www.ilinkboards.com
[3] www.ilinkca.com
[4] www.aacnet.net/radio.html
[5] www.repeater.org/ilink
[6] www.eqso.org
[7] www.eqso.net (www.qsl.net/m0zpd)
[8] www.eqso.co.uk
[9] status.irlp.net
[10] www.irlp.net
[11] www.vxstd.com/en/wiresinfo-en
[12] www.2e1ehm.freeserve.co.uk
[13] deb.eqso.org
[14] lincera.free.fr/eQSO/fiches/eQSO_presentation.html
[15] www.republika.pl/sp3inj/hams/eqso
[16] wwww.PalTalk.com
[17] www.wiresii.org
Powyższy artykuł został umieszczony w całości, jednakże część jego tyczy się analogowej transmisji komputerowej poprzez łączność krótkofalarską. Z uwagi na to, że stanowi on całość tematyczną, to dla jej pozostawienia został on w takiej formie umieszczony.
Power Line Communication
PLC stanowi także sposób na transmisję komputerową w ramach istniejących sieci energetycznych. Sposób ten był swego czasu mocno testowany na początku rozwoju sieci Internet na świecie (także w Polsce). Pomysł na dostarczenie dostępu do Internetu bezpośrednio w gniazdu zasilania wydawał się być atrakcyjnym na tyle, że powstawały pierwsze rozwiązania tego typu. Do dnia dzisiejszego stonowią jednak pewne novum i studium przypadku, nie upowszechniły się na tyle by stanowić zagrożenie dla klasycznych ISP1Internet Service Provider.
Pewnym pośrednim rozwiązaniem stała się technologia Ethernet-over-Powerline (EoP).
W ciągu ostatnich lat pojawiło się wiele pomysłów użycia sieci energetycznej jako medium transmisyjnego do transmisji danych cyfrowych, np. dla celów dostępu do Internetu. Problemy z kompatybilnością elektromagnetyczną, niewystarczającą szybkością transmisji ograniczaną dużym poziomem zaburzeń, odsuwają w czasie rynkowe premiery wielu technologii, jednak nie znaczy, że projekty są porzucane. Firmy przez cały czas próbują pogodzić szereg sprzecznych wymagań technicznych związanych z transmisją, jak również starają się znaleźć obszar gdzie domowe kable energetyczne okażą się w największym stopniu przydatne. Przykładem, który będzie sprawdzał swoje szanse na rynku w niedalekiej przyszłości jest sygnał wideo o wysokiej rozdzielczości i technologia Ethernet-over-Powerline, EoP.
Ethernet poprzez sieć energetyczną reklamowany jest jako wygodne i opłacalne medium szerokopasmowe, mogące doprowadzić sygnał do dowolnego urządzenia w dowolnym pomieszczeniu. Pozostaje tylko sprawdzić, czy technika ta, o szybkości 150-500Mb/s, może zwycięsko konkurować o dominację na rynku z innymi rozwiązaniami.
Zalety EoP
Przy instalacji sieci domowej technologia EoP okazuje się wygodna z kilku powodów (rys. 1). Przede wszystkim sieć energetyczna jest wszechobecna – każde gniazdko elektryczne w mieszkaniu staje się potencjalnym portem Ethernet. Urządzenia EoP są układami plug-and-play i nie wymagają żadnych przewodów. Umożliwiają przesyłanie danych z szybkością do 200Mb/s przy różnych poziomach QoS (gwarantowanej jakości), co pozwala na transmisję wideo zarówno standardowego jak i wysokiej rozdzielczości.
Sieć energetyczna zapewnia dwustopniowe zabezpieczenie danych. Intruz musiałby włamać się do mieszkania, żeby włączyć się do gniazdka, a następnie pokonać używany w EoP szyfr, co jest korzystne z punktu widzenia bezpieczeństwa. W końcu wymaganą szerokość pasma, wymaganą do przesyłania wideo, zapewnia stosowana w EoP technika TDMA (Time Division Multiple Access).
Zasada działania EoP
W systemach EoP miedziane przewody, służące w mieszkaniu do rozprowadzania energii elektrycznej, służą równocześnie do przesyłania sygnałów cyfrowych. Systemy te działają na zasadzie nakładania zmodulowanej wysokiej częstotliwości nośnej na stosowaną w energetyce częstotliwość 50Hz lub 60Hz. Pomysł użycia przewodów elektrycznych do przenoszenia danych zrodził się jeszcze w latach siedemdziesiątych. Ale do końca lat dziewięćdziesiątych XXw. technika ta umożliwiała przesyłanie jedynie sygnałów sterujących o małej szybkości przenoszenia. Zastosowane obecnie nowe algorytmy, przezwyciężające zakłócenia w sieci energetycznej, pozwalają przesyłać częstotliwość nośną, zmodulowaną szybkim sygnałem cyfrowym. Równocześnie moc przeliczeniowa pojedynczych układów scalonych zwiększyła się na tyle, że mogą być w nich wykorzystywane algorytmy wymagające intensywnych obliczeń i tanio i opłacalnie realizować system na masową skalę.
Układem wejściowym systemu EoP jest nadajnik, przetwarzający cyfrowe dane z komputera, czy innego urządzenia sieci, na sygnał analogowy, nakładany na napięcie zmienne zasilania 50Hz. Po stronie odbiorczej sygnał analogowy jest przetwarzany z powrotem na sygnał cyfrowy i przekazywany do odpowiedniego odbiornika (rys. 2).
Wersja EoP, opracowana przez Universal Powerline Association (UPA), tzw. specyfikacja Digital Home Standard (DHS), jest przeznaczona sieci domowych (rys.3).
Problemy łączności przez wspólną sieć
Podstawą najczęstszych zarzutów w stosunku do EoP jest przekonanie, że jakość sieci energetycznej jako środka łączności jest wprost uzależniona od jakości przemysłowego napięcia tej sieci. Jednakże fizycznie DHS działa w zakresie 2 do 32MHz, podczas gdy częstotliwość sieci energetycznej wynosi 50 lub 60Hz. Cyfrowe dane wielkiej częstotliwości są mniej podatne na skoki napięcia i fluktuacje w paśmie częstotliwości przemysłowej.
Zaburzenia w sieci energetycznej stanowią główną przeszkodę w używaniu linii elektrycznych do przesyłania danych. Urządzenia EoP muszą zapewniać pewną transmisję nawet, gdy w mieszkaniu użytkownika używa się ściemniacza światła lub suszarki do włosów. Do pokonania zakłóceń w DHS korzysta się z kilku podstawowych technik.
Odporna modulacja
W transmisji przyjętej przez stowarzyszenie UPA przez sieć energetyczną używa się modulacji OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) o 1536 nośnych, z gęstością modulacji od 2 do 10 bitów na podnośną, stosowanej niezależnie do każdej podnośnej.
Zaburzenia w linii elektrycznej mają często charakter serii impulsów, przeważnie bowiem ich źródłem są sporadycznie używane urządzenia domowe, jak miksery, czy mikrofalówki. Aktualna wersja EoP dokonuje estymacji kanału komunikacyjnego, wymieniając dane treningowe pomiędzy nadajnikami i odbiornikami. Estymacja kanału informuje urządzenia EoP o najbardziej zakłóconych fragmentach pasma. Po wykryciu zakłóceń nadajniki dokonują adaptywnego wprowadzania bitów, zapewniającego optymalne wykorzystanie widma linii.
Adaptywne wprowadzanie bitów i korekcja błędów
Adaptywne wprowadzanie bitów polega na przystosowywaniu w czasie rzeczywistym parametrów modulacji każdej pary nadajnik-odbiornik do jakościowych parametrów kanału dla każdej nośnej. Dla każdej nośnej jest mierzony stosunek sygnału do szumu i wybierana optymalna modulacja, w celu osiągnięcia maksymalnej szybkości transmisji przy wymaganej stopy błędów (BER). Minimalizuje to interferencje z innymi przyłączonymi urządzeniami.
Zastosowana dodatkowo metoda wyprzedzającej korekcji błędów zapewnia wysyłanie z nadajnika dostatecznej ilości informacji, aby w przypadku spowodowanej zakłóceniami utraty danych, wysłane dane mogły zostać w odbiorniku odzyskane bez konieczności ich retransmisji. Specyfikacja DHS UPA do realizacji wyprzedzającej korekcji błędów wykorzystuje dynamiczne kody Reed-Solomona.
W szerokopasmowej łączności poprzez sieć energetyczną używa się częstotliwości 2 do 32MHz. Częstotliwości te mogą być również używane w komunikacji radiowej, także amatorskiej. Technika EoP stowarzyszenia UPA zapewnia programowalne „okna spektralne”, umożliwiające unikanie niedozwolonych przepisami częstotliwości. W DHS UPA jest stosowana technika, zwana okienkową modulacją OFDM, formująca programowalne wcięcia, z pomijalnym tłumieniem poza częstotliwościami wcięć.
Zapewnienie pasma
Telewizja HD wymaga ogromnego pasma. System musi dostarczać wideo płynnie, nawet w trudnych warunkach, przerywanych zakłóceń, interferencji z pobliskimi obwodami sieciowymi, czy nasycenia danymi niskiego priorytetu.
W DHS osiąga się to poprzez klasyfikację ruchu i scentralizowane zarządzanie pasmem. Technika ta, znana pod nazwą Advanced Dynamic Time Division MAC (ADTDM), jest zoptymalizowana do aplikacji rozprowadzania audio i wideo, w których najważniejsza jest wysoka jakość, rygorystyczne zapewnianie pasma, ścisła priorytyzacja ruchu i QoS. Wszystkie węzły sieci w linii energetycznej mają bezkolizyjny dostęp do kanału zgodnie z rozmaitymi priorytetami obsługi. Priorytety te mogą być dobierane i dopasowywane do różnych aplikacji, danych, VoIP i wideo na żądanie.
W systemie EoP UPA również stosuje się architekturę master-slave, w której jedno z urządzeń EoP w sieci zostaje wybrane nadrzędnym, a pozostałe stają się podrzędnymi. Urządzenie nadrzędne przyznaje czas dostępu do kanału dla innych urządzeń EoP w sieci. Jest to najskuteczniejszy i najprostszy sposób zapewniania przydziału pasma dla różnych rodzajów ruchu w sieci.
Istnieje wiele rodzajów techniki transmisji danych cyfrowych przez sieć energetyczną. Są to na przykład UPA, HD-PLC, HomePlug 1.0, Home Plug 1.0 Turbo i Home Plug AV. Podstawowymi czynnikami, które należy brać pod uwagę przy wyborze techniki EoP są gównie parametry związane z transmisją jak też dojrzałość technologiczna rozwiązania.
Do rozprowadzania wideo w domu szybkość przenoszenia danych powinna wynosić co najmniej 150Mb/s. UPA, HD-PLC i HomePlug AV zapewniają 200-500Mb/s. Starsze techniki HomePlug 1.0 i HomePlug 1.0 Turbo odpowiednio 14Mb/s i 85Mb/s co może być wartością zbyt niską. Chipsety UPA 200-500Mb/s rozeszły się w liczbie ponad miliona sztuk od zainaugurowania tej techniki w roku 2004. Technika ta została zastosowana przez dostawców usług telekomunikacyjnych w Europie, co świadczy o jej zdolności utrzymywania się na rynku. Technika Home Plug wystartowała trzy lata po DHS UPA. Chipsety HomePlug AV są obecnie wypróbowywane w urządzeniach zapowiadanych na początek roku 2007.
Przydatność techniki EoP została pomyślnie sprawdzona w masowo rozpowszechnionych produktach konsumenckich w Europie i gdzie indziej. Dla użytkownika sieć energetyczna jest zdecydowanie najtańszym i najwygodniejszym szeroko pasmowym domowym medium, dostarczającym sygnały do każdego urządzenia i każdego pomieszczenia. Pozostaje tylko obserwować, która z współzawodniczących technik, zapewniających co najmniej 150Mb/s, zwycięży w wyścigu o dominację na rynku.
Li-Fi
Znowu wracamy do światła jako nośnika informacji. Jednakże w tym przypadku mamy do czynienia z innym podejściem do tego medium.
Li-Fi (Light Fidelity), nowa technologia, ma szansę stać się super szybką alternatywą dla Wi-Fi. Velmenni, firma start-up z Estonii ogłosiła w 2015r, że faza testów w laboratorium zakończyła się sukcesem i nowa technologia ujrzy światło dzienne. Na początek nowa sieć ma objąć biura i ośrodki przemysłowe w Tallinie.
Technologia Li-Fi używana przez Velmenni jest w stanie przesyłać dane z prędkością do 1Gbps. Nie robi to wielkiego wrażenia przy czytaniu parametrów routerówWiFi, ale zwróćmy uwagę, że w tym przypadku routery pracują w częstotliwościach radiowych wykorzytsywanych wspólnie także przez inne urządzenia w pobliżu. Rodzi to sytuację wzajemnego zakłócania sygnału i znaczącego obniżenia przepustowości połączenia Wi-Fi.
Li-Fi to technologia bezprzewodowa podobna do Wi-Fi, która pozwala na wysłanie danych z dużą prędkością przy użyciu światła widzialnego (VLC). Wynaleziona przez profesora Haralda Haasa z Uniwersytetu w Edynburgu, Li-Fi ma kilka zalet w porównaniu z bezprzewodowym dostępem do Internetu.
Li-Fi pozwala na większe bezpieczeństwo w sieciach lokalnych, ponieważ światło nie przenika przez ściany. To otwiera nowe możliwości w szyfrowaniu danych. Jednocześnie oznacza to również, że jest mniej zakłóceń między urządzeniami korzystającymi z Li-Fi.
Najbardziej istotną zaletą jest jednak szybkość nowej technologii. Naukowcy osiągnęli prędkość 224 gigabitów na sekundę w warunkach laboratoryjnych.
Robimy kilka projektów pilotażowych w ramach różnych branż, w których możemy korzystać z VLC – powiedział Deepak Solanki, dyrektor generalny Velmenni dla brytyjskiego IBTimes.
Obecnie mamy zaprojektowane inteligentne rozwiązania oświetleniowe dla środowiska przemysłowego, gdzie transmisja danych może odbywać się za pomocą światła. Tworzymy też projekt pilotażowy z prywatnym klientem, gdzie konfigurujemy sieci Li-Fi, aby uzyskać dostęp do internetu w ich przestrzeni biurowej – dodał Solanki.
Celem estońskiej firmy jest stworzenie technologii pozwalającej na dostęp do sieci poprzez żarówki w domach klientów. Velmenni ocenia, że potrzebuje 3-4 lat, aby projekt był gotowy do realizacji. Wstępne badania pozwalają patrzeć optymistycznie na ten pomysł. Li-Fi być może nie zastąpi całkowicie Wi-Fi, oba rozwiązania technologiczne będą działały równolegle do siebie, ale to nowa sieć będzie zdecydowanie szybsza. Twórcy nowej sieci zdają sobie sprawę, że masowe przyjęcie Li-Fi napotka problemy z kosztowną infrastrukturą. Na razie Wi-Fi wciąż pozostanie tańszą wersją przesyłu danych.
Wynalazca Li-Fi, profesor Harald Haas z Uniwersytetu w Edynburgu już wcześniej twierdził, że w przyszłości każda żarówka LED może być stosowana jako ultra-szybka alternatywa dla Wi-Fi. Obecna infrastruktura LED jest odpowiednia do integracji z Li-Fi.
Wszystko, co musisz zrobić, to dopasować małe mikrochipy do każdego potencjalnego urządzenia z oświetleniem, a następnie połączyć dwie podstawowe funkcje: oświetlenie i bezprzewodową transmisję danych – powiedział Haas. – W przyszłości nie będzie tylko 14 miliardów żarówek, ale być może staną się one 14 miliardami źródeł Li-Fi – dodał profesor.
Technologia bezprzewodowego Internetu pochodzącego z żarówek LED – Li-Fi – wykorzystuje zakres częstotliwości od 400 do 800 teraherców.
Firma Signify (dawniej Philips Lighting) ogłosiła w 2019r start projektów pilotażowego wdrożenia technologii Li-Fi. Signify prowadzi komercyjne pilotaże Li-Fi z ponad 30 klientami
Aktualnie dostępne są oprawy LED zapewniające przesył danych z prędkością w okolicach 30 Mbit/s. Może nie jest to dużo, ale na pewno wystarczy tam, gdzie nie trzeba przesyłać zbyt dużych porcji danych. Pierwsze pilotażowe wdrożenia nowej technologi świadczą o tym, że ma ona dużo praktycznych zastosowań:
- Indyjska firma Incubex zajmuje się wynajmowaniem przestrzeni biurowej. Przedsiębiorstwo uruchomiło w Bangalurze salę konferencyjną korzystającą z Li-Fi.
- Firma Atea (zajmuje się ona infrastrukturą informatyczną w Skandynawii oraz regionie bałtyckim) wprowadziła Li-Fi w swoim biurze w Stavanger. Dodatkowo firma zamontowała oprawy LED Li-Fi w holu jednego ze swoich budynków. W ten sposób nowa technologia będzie prezentowana odwiedzającym, którzy będą mogli z niej skorzystać.
- Li-Fi testuje również Orange. Operator wprowadził tę technologię do jednych ze swoich biur znajdujących się pod Paryżem.
- Politechnika Republiki w Singapurze szykuje się do instalacji Li-Fi w studenckim laboratorium “Smart Devices Lab”. W ten sposób uczelnia umożliwi swoim studentom zapoznanie się z inteligentnymi technologiami oświetleniowymi.
Aktualnie technologia Li-Fi wymaga stosowania specjalnych adapterów USB, które można podłączyć do laptopa lub urządzenia mobilnego. Firma Signify liczy na to, że w przyszłości Li-Fi będzie wbudowana w używany przez nas sprzęt.
“Nasze pierwsze projekty pilotażowe pokazują ogromny potencjał tej technologii. Otrzymaliśmy setki zapytań od potencjalnych klientów z każdego zakątka świata. Część z nich zaowocowała nowymi inspiracjami i wspólnym opracowaniem modyfikacji oraz nowych zastosowań tej technologii, na przykład w komunikacji między robotami na halach produkcyjnych. Równolegle, z przeszło 30 programami pilotażowymi zainstalowaliśmy LiFi w 26 budynkach naszej firmy na całym świecie” – Michel Germe, dyrektor ds. LiFi w Signify.
Zadanie do samodzielnego wykonania: Przygotuj referat o alternatywnych rozwiązaniach w zakresie transmisji komputerowych. Spróbuj znaleźć szczególnie takie, które nie zostały opisane w niniejszym opracowaniu. Jeśli dodasz takie materiały pamiętaj o wskazaniu źródła informacji.