Современные информационные технологии/1. Компьютерная инженерия

Д.т.н., професор Лукашенко В.М., аспірант Рудаков К.С.,

магістрант Плосконос В.С., магістрант Москаленко М.І.,

аспірант Лукашенко Д.А., к.т.н. Уткіна Т.Ю.

Черкаський державний технологічний університет, Україна

СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ КОМПОНЕНТІВ ЗВ’ЯЗКУ
ДЛЯ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ В СИСТЕМАХ КЕРУВАННЯ
ЛАЗЕРНОГО ТЕХНОЛОГІЧНОГО КОМПЛЕКСУ

Нові енергозберігаючі технології та устаткування на їх основі широко використовують в якості інструменту лазерне випромінювання. Це забезпечує швидкоплинність теплових процесів, чим створює проблеми стосовно забезпечення високої швидкості передачі, обробки та видачі відповідної інформації в системах мікропроцесорного управління. В процесі формування своєчасного сигналу управління лазерним випромінюванням, на етапі проектування лазерних технологічних комплексів (ЛТК) для зварювання тонколистових металів, головну увагу приділяють часу затримки структурних мікрокомпонентів (мікропроцесорів, ПЗП, ОЗП та ін). Проте визначення компонентів зв’язку для передачі інформаційних даних в ЛТК недостатньо висвітлено в зарубіжній та вітчизняній літературі.

Задача вибору компонентів зв’язку для передачі даних, пов’язана з високими потребами в швидкості і малими затуханнями, є задачею актуальною.

Великий вклад в теорію і практику дротових компонентів зв’язку для систем керування внесли роботи: О.І. Андрєєвої, С.С. Грушко, А.В. Жучкова, Ю.О. Кулакова, Г.М. Луцького, Н.П. Проскуріна, А.Б. Семенова, А.М. Сергєєва та ін. Але при проектуванні систем керування ЛТК для швидкого аналізу відсутня сукупність характеристик дротових сучасних компонентів зв’язку та дослідження їх динамічного розвитку.

Метою даної роботи є визначення найкращих дротових компонентів зв’язку в системах керування на етапі проектування.

Для виконання даної мети необхідно вирішити наступні задачі:

– створити перелік основних характеристик існуючих компонентів зв’язку для системи керування;

– провести системний аналіз предмету дослідження;

– визначити тенденцію розвитку найкращого сучасного компонента зв’язку для цифрових систем керування.

Для рішення даної задачі створено перелік основних сучасних характеристик дротових типів компонентів зв’язку для систем керування (табл. 1). Порівняльний аналіз основних характеристик дротових типів компонентів зв’язку для систем керування показав, що кабель на основі мідних витих пар провідників має деякі значні недоліки, а саме:

– сигнал на відстані більше 100 м швидко затухає (необхідно використовувати повторювач);

– існує чутливість до впливу електромагнітних хвиль;

– є доступ для несанкціонованого під’єднання [2, 3].

Проте цих недоліків позбавлені компоненти зв’язку на основі оптоволоконних сегментів. Їх основні переваги:

– можливість побудови мереж великої протяжності;

– висока пропускна здатність;

– захищеність (по оптоволоконному кабелю цифрові дані розповсюджуються оптичними волокнами у вигляді модульованих світлових імпульсів. Це захищений спосіб передачі, оскільки при ньому не використовуються електричні сигнали.

Отже, до оптоволоконного кабелю неможливо підключитися для несанкціонованого перехоплення даних, не руйнуючи його (тобто не виявивши себе). Від чого не застрахований будь-який кабель, що проводить електричні сигнали [4].

Таблиця 1

Основні характеристики сучасних дротових компонентів зв’язку
для системи керування

№	Тип кабелю Характеристики	Оптоволокно		Мідна вита пара провідників
		пластикове	скляне
1	Вплив електромагнітних і радіочастотних хвиль	не впливає	не впливає	впливає
2	Робочий діапазон температур	від -40°С до +85°С	від -40° до +60°С	від -20°С до +75°С
3	Монтажний діапазон температур	від -20°С до +70°С	від -20°С до +50°С	від -5°С до +50°С
4	Діаметр серцевини	до 1 мм	від 50 до 125 мкм (багатомодове) і менше 10 мкм (одномодове)	0,45 мм-0,51 мм
5	Швидкість передачі даних	300 Мбіт/с	2,5 Гбіт/с (багатомодове), 10 Гбіт/с (одномодове)	від 10 Мбіт/с до 1000 Мбіт/с
6	Робоча довжина хвиль	650 нм	850, 1310, 1550 нм	-
7	Коефіцієнт затухання (Кз)	150 дБ/км	для одномодового волокна 0,5 дБ/км (при 1310 нм) і 0,4 дБ/км (при 1550 нм); для багатомодового волокна 3,0 дБ/км (при 850 нм)	від 21 дБ/км до 220 дБ/км
8	Максимально допустиме зусилля на розтягнення: короткострокове довгострокове	50 Н 1 Н	600 Н 1200 Н	400 Н 400 Н
9	Мінімальний радіус вигину: короткостроковий довгостроковий	25 мм 35 мм	55 мм 110 мм	12 мм 29 мм
10	Максимальна довжина сегменту	до 2 км	до 15 км	до 100 м
11	Можливість механічного пошкодження	низька (більш гнучке)	середня (менш гнучке і тому більш схильне до утворення мікротріщин)	висока
12	Особливості монтажу	не потребує високої кваліфікації і спеціального обладнання	необхідне використання висококваліфікованої робочої сили і спеціального обладнання	не потребує високої кваліфікації і спеціального обладнання

На теперішній час широко використовуються 2 типи оптоволоконних кабелів:

– на основі пластику;

– на основі скла.

Крім того, за результатами досліджень «Рекомендацій ITU-T» запропоновано використовувати кабель на основі скляного оптоволокна з робочою довжиною хвиль 850, 1310 та 1550 нм.

Системний аналіз цих компонентів показав, що кабелі на основі скляного оптоволокна з робочою довжиною хвиль 850, 1310 та 1550 нм мають менший коефіцієнт затухання, майже більше ніж в 50 разів. Тому, що в цих типах компонентів, основним хімічним елементом є кремній та кисень, кожен з яких проявляє активність на певній частоті хвилі [5].

Для визначення перспективного напрямку розвитку оптоволоконних компонентів зв’язку побудовано графік динамічного розвитку оптоволокна G.652 (рис. 1) та визначено показник коефіцієнту затухання
по роках (табл. 2) [6].

Рис. 1 Динаміка розвитку оптоволокна G.652

Аналіз динаміки зменшення коефіцієнта затухання в оптоволокні G.652 для хвиль l₁ та l₂ показав, що завдяки покращенню технології виробництва компонентів зв’язку (з 1993 по 2009 рр.), показник затухання зменшувався з роками, а швидкість його зменшення приведена в табл. 2.

Таблиця 2

Коефіцієнт ефективності зменшення по значенню
параметра затухання (К_еф*)

l	Рік	Кз, Дб/км	Інтервал, роки	Кеф*
l1 = 1310 нм	1993	1	-	-
	2000	0,5	7 (1993-2000)	0,5
	2005	0,4	5 (2000-2005)	0,1
	2009	0,35	4 (2005-2009)	0,05
l2 = 1550 нм	1993	0,5	-	-
	2000	0,4	7 (1993-2000)	0,1
	2005	0,35	5 (2000-2005)	0,05
	2009	0,22	4 (2005-2009)	0,13

Отже, системний аналіз показників К_з, К_еф* для хвиль l₁ = 1310 нм і l₂ = 1550 нм (рис. 1 та табл. 2) показує зростання ефективності для оптоволоконного зв’язку з довжиною хвиль 1310 і 1550 нм [1].

Віртуальна екстраполяція функцій (рис. 1) підтверджує, що розглянуті оптоволоконні компоненти мають тенденцію зменшення коефіцієнта затухання й перспективність використання, як в теперішній час, так і в подальшому розвитку систем керування ЛТК.

Висновки

1. Створено перелік сучасних дротових компонентів зв’язку на основі пластикового оптоволокна, скляного оптоволокна та мідних витих пар провідників. Запропоновано 12 основних характеристик для збільшення якісної оцінки вибору компонента на етапі проектування.

2. В результаті проведеного системного аналізу визначено, що найкращим дротовим компонентом є кабель на основі скляного оптоволокна, тому що:

– швидкість передачі даних для багатомодових волокон (2,5 Гбіт/с) і одномодових волокон (10 Гбіт/с) в 33 рази більша, ніж у кабеля на основі пластикового оптоволокна, і в 10 разів більша, ніж у кабеля на основі мідних витих пар провідників;

– коефіцієнт затухання у скляного оптоволокна в 300 разів менший, ніж у пластикового оптоволокна, і в 440 разів менший, ніж у кабеля на основі мідних витих пар провідників.

3. Побудовано графік динаміки розвитку оптоволоконного компонента зв’язку для систем керування. На підставі «Рекомендацій ІТU-Т» оптоволокно G.652 з довжинами хвиль 1310 нм та 1550 нм визначено таким, що має великі перспективи використання, як в теперішній час, так і в подальшому розвитку систем керування.

Література:

1. Андреева Е. И. Измерители мощности для волоконно-оптических систем / Е. И. Андреева, А. Н. Сергеев. – М. : Connect, 2001. – 381 с.

2. Караченцев В. Є. Передавальне середовище комп’ютерних мереж / В. Є. Караченцев, О. Ю. Повстяной, О. О. Герасимчук // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2010. – № 2/2 (44). – С. 23–28.

3. Кулаков Ю. О. Комп’ютерні мережі : підруч. / Ю. О.Кулаков, Г. М. Луцький ; за ред. Ю. С. Ковтонюка. – К. : Вид. Юніор, 2005. – 400 с.

4. Семенов А. Б. Волоконно-оптические подсистемы современных СКС / А. Б. Семенов. – М. : Академия АйТи; ДМК Пресс, 2006. – 632 с.

5. Сергеев А. Н. Измерение общих потерь в ВОЛС / А. Н. Сергеев // Информационный бюллетень «Фотон-экспресс». – № 18, февр. 2000 г. – С. 14–19.

6. ITU-T. Характеристики среды передачи // Волоконно-оптические кабели : [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.itu.int/itu-t/recommendations/rec.aspx?id=10389.