Эффективность применения изделий оптоэлектроники в вычислительных и телекоммуникационных сетях

Автор: Зубаченко В.Л.

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Статья в выпуске: 30, 2006 года.

Бесплатный доступ

На основе анализа структуры сети, уровня автоматизации процессов связи и объема выполняемых функций определены основные направления оптимизации параметров и характеристик аппаратуры вычислительных и телекоммуникационных сетей. Рассмотрены основные критерии для оценки эффективности применения изделий оптоэлектроники в сети. Предложены показатели технико-экономической эффективности оптоэлектронных систем, его математическая модель и аналитические выражения для параллельных и последовательных оптоэлектронных атмосферных каналов.

Короткий адрес: https://sciup.org/14058722

IDR: 14058722

Текст научной статьи Эффективность применения изделий оптоэлектроники в вычислительных и телекоммуникационных сетях

Достоверные результаты можно получить при оценке ТЭЭ по интегральному показателю с использованием суммы

k

§ c у = У B A, (2) i =1

где B i - весовые коэффициенты; 5 i - частные показатели эффективности

Оптоэлектронных каналы (ОК) на основе волоконно-оптических и оптоэлектронных атмосферных линий связи в информационных системах и сетях должны применяться с учетом функционального назначения и технико-экономических показателей.

Важнейшими параметрами, характеризующими эффективность применения ОК в информационных системах и сетях, являются: L -длина ОК; V -скорость передачи информации (при заданной вероятности ошибки Р ош ); Су -стоимость ОК.

Поскольку каждый из перечисленных параметров имеет свое конкретное значение для отдельных ОК, то их совокупность определяет некоторые условные показатели, позволяющие оптимизировать ОК. Таким условным показателем является показатель удельной стоимости ( С уд ) передачи информации, определяемый из выражения

C уд

С у

LV

Суммарная стоимость ОК ( С у ) складывается из стоимостей: передающих и приемных модулей ( С пер и С пр ), стоимости регистрирующих устройств ( Срг ), стоимости затрат, связанных с изготовлением ОК( С из ), монтажом ОК на объекте ( С м ), и эксплуатацией ( С э )

С=С +с + с + с + с + с

у пер пр рг из м э

Как следует из выражения (3), удельная стоимость ОК снижается или в результате снижения суммарной стоимости С у или в результате повышения добротности канала связи. Снижение С у возможно уменьшение каждой составляющей, входящей в суммарную стоимость ОК.

Так, переход от гибридной технологии к твердотельной при изготовлении передающего и приемно- го модулей ОК позволяет существенно снизить себестоимость при массовом производстве.

Увеличить добротность ОК можно либо путем увеличения скорости передачи информации, повысить быстродействие светодиода и фотодиода, либо путем увеличения длины ОК, повышения оптической мощности передатчика и чувствительности приемника. На рис. 4 показана зависимость максимальной дальности передачи информации от скорости передачи на разных длинах волн оптического излучения.

Рис. 4. Зависимости оптимальной длины оптического канала от скорости передачи при различных длинах волн передаваемого сигнала

Как следует из графиков, с увеличением скорости передачи информации максимальная дальность передачи ОК уменьшается, причем при X =1,3 мкм максимальная дальность больше чем при X =0,8 мкм. Это связано с тем, что на длине волны X =1,3 мкм потеря энергии сигнала на трассе ОК меньше, чем при X =0,8 мкм.

Таким образом, для повышения дальности передачи информации необходимо либо уменьшать удельные потери оптического сигнала на трассе ОК с применением более длинноволнового источника излучения, либо подключать ОК регенераторы, осуществляющие восстановление оптического сигнала до требуемого уровня. На рис. 5 приведена структурная схема последовательного ОК, в котором для повышения дальности передачи ( L ) установлено ( N) регенераторы, включенные последовательно.

Рис. 5. Структурная схема ОК с активным восстановлением сигнала

ПОУ - передающее устройство; ПрОУ – приемное устройство; Рег1…Регn – регенераторы; ОК – оптоэлектронный канал

Общая добротность ( Dпосл ) последовательного ОК определяется суммарной добротностью его отдельных регенерационных участков

N

D = VL = vYl посл                       n n=1

где Ln - длина n -го регенерационного участка ОК.

Показатель удельной стоимости передачи информации по параллельному ОК в соответствии с (3) и (6) выражается формулой

Соотношение (4) справедливо для ОК средней и большой протяженностей, когда объем передаваемой информации велик, и применяется уплотнение.

Показатель удельной стоимости передачи информации последовательным ОК с учетом выражений (3) и (4) имеет вид:

'

C =  C £ уд. пар.         N

L £ V n n =1

C уд . посл .

С L

М LL n=1

где C L - суммарная стоимость параллельного ОК определенная из (3) без учета стоимости регенерационных устройств.

Удельная стоимость передачи информации по параллельному ОК с учетом выражения (9) записывается в виде

Для малых протяженностей ОК, используемых во внутриобъектовых информационных системах (наземных, бортовых) при уплотнении информации снижается быстродействие; кроме того, теряет смысл само уплотнение информации при пере-

'

C = C L уд.пар.   LNVn

.

даче ее на короткие расстояния, поскольку возрастает суммарная стоимость ОК за счет аппаратной избыточности, связанная с применением устройств уплотнения и разуплотнения информации. Поэтому при коротких ОК оптимальным является использование параллельной передачи информации (рис. 6).

Суммарная скорость передачи информации V по параллельному ОК определяется из выражения

N

V = L V., n=1

где Vn - скорость передачи информации по единичному ОК;

На рис. 7 приведена зависимость удельной стоимости последовательного ОК от длины ОК с N регенерационными участками для двух скоростей передачи информации v1 , v2 (при v1 < v2 ). Как видно из графиков, в пределах каждого регенерационного участка ( Ln ) показатель удельной стойкости информаЦии ( C удпосл) снижается по закону С удпосл . = L , однако с увеличением числа регенерационных участков Cуд . посл . каждый раз возрастает. Это определяется тем, что начинает возрастать суммарная стоимость ОК за счет затрат, связанных с увеличением числа регенератов, и затрат на монтаж и эксплуатацию ОК. Кроме того, с увеличением протяженности ОК возрастает суммарная стоимость канала.

Рис. 6. Структурная схема параллельного оптического канала

Рис. 7. Зависимости удельной стоимости последовательного ОК от длины канала v1, v2 – скорость передачи; ОК – оптоэлектронный канал; Суд. посл. – удельная стоимость последовательного оптоэлектронного канала

V o = NV . ,

где N -общее число ОК.

Добротность параллельного ОК в соответствии с выражением (8) оптимизирована из уравнения:

N

D nap = L £ V . = LNV .                       (8)

n =1

где L – длина единого ОК.

Заключение

Определены основные направления оптимизации параметров и характеристик оптоэлектронных систем передачи информации, основанных на оптимизации структуры сети, уровня автоматизации процессов связи и обмена выполняемых функций, схе-

мо- и системотехники узлов оптоэлектронных атмосферных каналов (ОАК).

Определены показатели технико-экономической эффективности, основанные на математической модели системы на установлении весовых коэффициентов для частных показателей эффективности.

Важнейшими параметрами, характеризующими эффективность применения ОАК являются L - длина ОАК, V - скорость передачи информации, C -стоимость ОАК.

Обобщенным показателем эффективности ОАК является удельная стоимость передачи информации

С = — уд LV

.

Статья научная