Платформалық роботтың аппаратты-бағдарламмалық жабдықтарын басқару
Түйіндеме. Жұмыста жазбаланған SHOLKOR типті платформалық манипуляторплатформалық роботтың
барлық артықшылықтарына және бірқатар әмбебап қасиеттергеие болып табылады. Нәтижелердің арқасында
роботтың басқару жүйесі бағдарламмалық жабдықтармен қамтамасыз етілді.
Түйін сөздері: параллельді манипулятор, платформалық типті робот, басқарудың аппаратты-
бағдарламмалық жабдықтары
Zh.S.Bigalieva,E.S.Kotov,A.V.Sichkorenko
Hardware and software management platform robot
Summary. Described in the work platform manipulator SHOLKOR has all the advantages inherent in the robot
platform and has several unique properties. Based on the results was ensured robot control system software.
Key words: Parallel manipulator robot platform type, hardware and software management.
УДК 681.3
Касимов А.О. Юсупова Г. М. Кусамбаева Н.Ш.
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
г. Алматы, Республика Казахстан
КАЧЕСТВО И ДАЛЬНОСТЬ СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ ПО ВОЛС
Аннотация. Соединение оптических волокон является наиболее ответственной операцией при монтаже
кабеля, предопределяющей качество и дальность систем телекоммуникации компьютерных сетей по ВОЛС.
Ключевыеслова: волокно, телекоммуникация, сеть, теряемый свет, систем.
430
Соединители
оптических
волокон,
как
правило,
представляют
собой
арматуру,
предназначенную для юстировки и фиксации соединяемых волокон, а также для механической
защиты сростка.
Основными требованиями к ним являются:
- простота конструкции;
- малые переходные потери;
- устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям;
- надежность.
Дополнительно к разъемным соединителям предъявляется требование неизменности
параметров при повторной стыковке.
Потери, вносимые соединением оптических волокон в тракт передачи кабеля, делятся на две
группы: внешние и внутренние.
Внешними называются потери, связанные с особенностями метода соединения, в том числе, с
подготовкой концов волокон, и включающие в себя поперечное смещение сердечника, разнесение
торцов, наклон осей, угол наклона торца волокна, френелевские отражения.
Внутренними называются потери, связанные со свойствами самого волокна и обусловлены,
например, вариациями диаметра сердечника, числовой апертуры, профиля показателя преломления,
некруглостями сердечника, неконцентричностью сердечника и оболочки.
Внутренние потери являются следствием соединения двух неодинаковых волокон,
обладающих, в основном, различными диаметрами и числовой апертурой.
В многомодовых стекловолокнах внутренние потери зависят от направления распространения
света (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема соединения двух неодинаковых волокон
При распространении света слева-направо потери на стыке равны нулю, при обратном
направлении распространения света часть его переходит в оболочку 50 мкм волокна и теряется.
Данные потери зависят от характера распределения оптической мощности по торцу волокна.
При этом различают однородное распределение мощности, когда она одинакова во всех точках торца
волокна, и равновесное распределение, когда мощность сконцентрирована в центре сердечника
световода.
В одномодовыхсветоводах внутренние потери не зависят от направления передачи и
определяются только несоответствием диаметров поля моды сопрягаемых волокон ( рис. 2).
Рисунок 2 - Внутренние потери в одномодовыхсветоводах
Волокно 1 с диаметром поля моды
1
излучает свет в виде конуса с углом
1
от торца
волокна. Учитывая, что диаметр поля поля волокна обратно пропорционален углу приема излучения
431
(
2
1
2
1
,
н о
) волокно 1 излучает свет в больший конус, чем принимает
волокно 2, и часть излучения теряется. И наоборот, при распространении света от волокна 2 к
волокну 1 часть света распространяется вне сердечника волокна 1 и тоже теряется.
Таким образом, потери из-за различия диаметров поля моды и конусов приема одинаковы в
обоих направлениях и могут рассчитываются по формуле /1/:
вн ут
20
2
1
2
1
2
2
2
log
, дБ.
Полученные расчетные значения равновесных внутренних потерь на стыке наиболее
распространенныходномодовых волокон с несмещенной дисперсией приведены в табл. 1.
Таблица 1
Расчетные значения равновесных внутренних потерь на стыке одномодовых
волокон с несмещенной дисперсией
Потери (дБ)
Волокно 2
Волокно 1
Выровненная оболочка
Вдавленная
оболочка
2
2
=10,0 мкм
2
2
=9,5 мкм
2
2
=8,8 мкм
Выровненная оболочка
2
2
=10,0 мкм
2
2
=9,5 мкм
0
0,01
0,01
0
0,07
0,02
Вдавленная оболочка
2
2
=8,8 мкм
0,07
0,02
0
Внешние потери обусловлены четырьмя основными причинами: радиальное смещение
волокон, угловое смещение, осевое смещение и качество торцов. Кроме того, необходимо учитывать
деформации сердечника и соответствие между показателями преломления волокон. Для получения
малых потерь на стыке торцов волокон должны находиться в тесном физическом контакте друг с
другом, или зазор между ними должен быть заполнен веществом (иммерсионной жидкостью) в
точности соответствующим показателям преломления сердечников волокон.
В реальных соединениях необходимо учитывать воздействие суммарных, т. е. полных потерь,
определение которых зависит от типа сопрягаемых волокон.
В многомодовыхсветоводах полные потери на стыке волокон обычно меньше, чем сумма
отдельных внутренних и внешних составляющих. Принято считать, что потери на стыке многомодовых
волокон не зависят от длины волны. В действительности из-за несоответствия внутренних параметров
волокон на стыке возникают пульсации (осцилляции) потерь, которые присходятвследствии того, что
принимающее волокно не может принять все моды от передающего (рис. 3).
Рисунок 3 - Осцилляции потерь на стыке многомодовых световодах
432
Осцилляции потерь на стыке возрастают с увеличением длины волны.
Кроме того, потери на стыке зависят от относительного положения стыков. Стыки имеют
тенденцию влиять на распределение мощности, и поэтому потери на конкретном стыке зависят от
потерь на предыдущем (рис. 4).
Рисунок 5- Изменение потерь на стыке в зависимости от относительного положения стыков
Если волокно А достаточно длинное, то мощность на его конце имеет равновесное
распределение. Осевое смещение на первом стыке вызывает потери части мощности на конце
распределения и перераспределяет мощность к внешним краям сердечника второго волокна. Если
волокно Б короче, чем требуется для восстановления равновесного распределения мощности, то
осевое смещение на втором стыке вызовет большую, чем на первом стыке потерю мощности.
В одномодовых волокнах полные потери на стыке практически соответствуют сумме внешних
и внутренних потерь. Более того, такие волокна имеют только одну моду, и поэтому на их стыке
отсутствуют пульсации, которые наблюдались в многомодовых волокнах. При отсутствии отражения
потери на стыке монотонно уменьшаются с ростом длины волны, что обусловлено ростом диаметра
поля моды.
Таким образом, потери на стыке одномодовых волокон проще в анализе, измерении и
воспроизведении, чем на стыке многомодовых волокон.
Если в процессе соединения оптических волокон присутствует хотя бы одно из рассмотренных
смещений, то часть оптической мощности отражается от места соединения. Такое явление получило
название Френелевского отражения /1/. Отражение на стыке оптических волокон приведено на рис. 5.
Рисунок 5 – Схемы отражения на стыке оптических волокон
Отражение на границе раздела двух сред (рис. 5а) характеризуется параметром R, который
представляет собой отношение мощности отраженной волны к мощности падающей волны, и его
можно рассчиттать по формуле:
R
P
n
n
n
n
о т р
п
P
1
2
1
2
2
,
где n
1
и n
2
- показатели преломления соответствующих сред.
В результате мощность на выходе волокна уменьшается по сравнению с падающей мощностью.
Такие потери за счет отражения получили название Френелевских потерь, рассчитываемых по
формуле /1/:
433
c
P
P
P
P
P
P
P
n
n
n
n
10
10
10
1
10
1
1
2
1
2
2
lg
lg
lg
lg
вых
п
п
о т р
п
о т р
п
Например, потери на границе волокно-воздух, учитывая, что n
1
=1,46, a n
2
=1, составляют 0,15 дБ.
При наличии осевого смещения различают две границы раздела (рис. 5б). Тогда параметр R
рассчитывается по формуле:
R R
R
R R
z
1
2
1
2
2
4
cos
,
где R
1
и R
2
- параметры отражения на соответствующей границе;
z- ширина зазора.
Взаимодействие многократных отражений приводит к увеличению потерь на стыке, которые
рассчитываются по формуле:
R
c
1
lg
10
, дБ.
Например, потери на границе волокно-воздух, при тех же значениях n
1
и n
2
составляют 0,9 дБ,
что выше в 6 раз по стравнению с одномодовыми.
На основе полученных аналитических выражений проведен расчет внутренних и внешних
потерь на стыке одномодовых и многомодовых оптических волокон.
Из-за несоответствия внутренних параметров волокон на стыке возникают пульсации
(осцилляции) потерь, которые возрастают с увеличением длины волны.
Взаимодействие многократных отражений при наличии зазора на стыке приводит к
увеличению потерь по сравнению чем на границе раздела двух сред
ЛИТЕРАТУРА
1. Дмитриев А. С, Кузьмин Л.В. Передача информации с использованием синхронного хаотичесакого
отклика при наличии фильтрации в канале связи // Письма в ЖТФ. 1999. 25. 16. С 71-77.
2. И. Елисеев. Доверие к беспроводной оптике. Сети, №5, 2001
3. http://www.optolan.ru/
4. О.Е. Задедюрина. Защита информации при передаче по волоконно-оптическим линиям связи/
Материалы II Белорусско-российской научно–технической конференции «Технические средства защиты
информации», 17 мая – 21 мая 2004,Минск — Нарочь
LITERATURE
1. Dmitriev AS, Kuzmin LV Transmission of information using synchronous haotichesakogo response in the
presence of filtering in a communication channel / / Technical Physics Letters. 1999.25.16.71-77C.
2.I. Elisha. Confidence in the wireless optics. Network, № 5, 2001
3.Http://www.optolan.ru/
4. OE Zadedyurina. Protection of data during transmission over fiber-optic lines / Materials II Belorussian-
Russian scientific conference "Information Security Technology", May 17 - May 21, 2004, Minsk - Narač
Касимов А.О. Юсупова Г. М.
Качество и дальность систем телекоммуникации компьютерных сетей по ВОЛС
Резюме. Соединение оптических волокон является наиболее ответственной операцией при монтаже
кабеля, предопределяющей качество и дальность систем телекоммуникации компьютерных сетей по ВОЛС.
Ключевые слова: волокно, телекоммуникация, сеть, теряемый свет, систем.
KassimovA.O., Yusupova G.M.
Qualityand rangeof telecommunicationsin computer networks VOLS
Summary. Compoundoptical fibersis the mostresponsible operationwhen the cables, which predeterminesthe
qualityand rangeof telecommunications systemscomputer networksVOLS.
Key words: fiber, telecommunications, network, lost, by light, systems.
434
УДК 004.056(075)
Кашаганова Г.Б., Омарова Г.А.
Казахский национальный технический университет им К.И. Сатпаева
г.Алматы , Республика Казахстан
guljan_k70@mail.ru
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ КАНАЛОВ УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ В
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ
Аннотация В статье выявлены преимущества волоконно-оптических линиях связи, а также
возможности обнаружения канала утечки информации. Рассмотрен аспект основных физических принципов
формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи.
Ключевые слова: волоконно-оптические коммуникации, канал утечки информации, захват информации,
волоконно-оптические линии связи.
Информация в информационном обществе является главным ресурсом. На основе владения
информацией в самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить
любую деятельность. Поэтому использование информационных технологий повышает не только
качество потребления (лучшие условия труда, труд становится творческим, интеллектуальным), но и
качество производства.
Разрабатываются различные механизмы для предотвращения потери и защиты информации,
которые используются на всех этапах работы с ней. Защищать от повреждений и внешних
воздействий надо и устройства и каналы связи, на которых хранится информация,
Повреждения могут быть вызваны поломкой оборудования или канала связи. Внешние
воздействия возникают как в результате стихийных бедствий, так и в результате сбоев оборудования
или кражи.
Для сохранения информации используют различные способы защиты:
– безопасность зданий, где хранится секретная информация;
– контроль доступа к секретной информации;
– разграничение доступа;
– дублирование каналов связи и подключение резервных устройств;
– криптографические преобразования информации;
В настоящее время самой совершенной физической средой для передачи информации, а также
самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные
расстояния считается оптическое волокно.
Широкое распространение оптоволокна в качестве среды передачи привело к актуальной
проблеме защищенности информации от несанкционированного захвата.
Одним из перспективных направлений развития и защиты сетей связи, является внедрение в
них волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Они значительно превосходят другие линии связи
по проводным показателям, таких как высокая пропускная способность, малое затухание светового
сигнала в волокне, длина участка регенерации. А также к достоинствам ВОЛС выделяют следующие
показатели такие как устойчивость к электромагнитным помехам, отсутствие перекрестных и
взаимных помех, отсутствие электропроводности, малые габаритные размеры и минимальный вес,
долгий срок службы и немаловажным фактором является их относительно низкая стоимость.
Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по
оптическим диэлектрическим волноводам. Оптическое волокно в настоящее время считается самой
совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для
передачи больших потоков информации на значительные расстояния.
Развитие нового поколение телекоммуникационных систем основано на использовании
сигналов оптического диапазона, обладающих большой информационной емкостью. Одним из
важнейших требований, предъявляемых к современным телекоммуникационным системам, является
обеспечение скрытности и конфиденциальности линий связи. В волоконно-оптических линиях связи
должна быть сформирована надежная, защищенная инфраструктура с использованием всех
доступных средств и способов информационной защиты.
Рассмотрим основные физические принципы формирования каналов утечки информации в
волоконно-оптических линиях связи.
435
Физические принципы передачи информации, основанные на модуляции интенсивности света,
распространяющегося в оптическом волноводе имеют более высокую степень защищенности
информации от несанкционированного доступа. Это наиболее простой способ передачи информации
по ВОЛС, поэтому каналы утечки информации напрямую связаны с интенсивностью светового
потока. Волоконно-оптический кабель представляет собой сложную конструкцию с несколькими
слоями покрытия оптического волновода. В окружающем кабель пространстве информативное
оптическое излучение практически не создает каких-либо электромагнитных полей диапазона
близкого к частоте модуляции. Вследствие этого для формирования канала утечки информации
требуется физический контакт с оптическим каналом передачи информации – оптоволокном. Это
особенность является одним из главных факторов защищенности информации в волоконно-
оптических системах передачи.
Формирование каналов утечки информации из ВОЛС можно разделить на три типа, которые
связанны с возможными особенностями распространения света в волоконно-оптических линиях связи [1].
– нарушение полного внутреннего отражения;
– нарушение отношения показателей преломления;
– регистрация рассеянного излучения;
– параметрические методы регистрации проходящего излучения.
Нарушение полного внутреннего отражения (несанкционированного доступа) связан с отводом
части светового потока из оптического волновода при нарушении полного внутреннего отражения. В
идеальном случае свет не выходит из оптического волокна вследствие полного внутреннего
отражения на его границах. Любые отклонения в распространении света приводят к выходу части
излучения из волновода, которое образует канал утечки информации. Варианты формирования
каналов утечки информации из ВОЛС при нарушении полного внутреннего отражения можно
разделить по виду воздействия на оптоволокно:
– механическое воздействие;
– акустическое воздействие;
– оптическое туннелирование света.
Одним из видов механического воздействия является на волокно является изгиб. При изгибе
волокна локальная концентрация механических напряжений вызывает уменьшение угла падения
света на границе, который может оказаться меньше предельного угла, и как следствие – нарушение
полного внутреннего отражения, то есть часть светового потока выходит из оптоволокна.
Максимальный радиус изгиба, при котором наблюдается побочное излучение в точке изгиба
световода связанно с нарушением полнового внутреннего отражения. Оценка радиуса изгиба для
многомодового волокна при оценке изгиба можно учитывать и другие аспекты, изменяющие
показатель преломления оптоволокна, например, фотоупругий эффект т.к. их показатель
значительно меньше. Нарушение полного внутреннего отражения при механическом воздействии
возможно и при локальном давлении на оптоволокно, что вызывает неконтролируемое рассеяние (в
отличие от изгиба) в точке деформации.
Акустическое воздействие на оптическое волокно также изменяет угол падения. При этом в
сердцевине оптоволокна создается дифракционная решетка периодического изменения показателя
преломления, которая вызвана воздействием звуковой волны. Электромагнитная волна отклоняется
от своего первоначального направления, и часть её выходит за пределы канала распространения.
Физическое явление, с помощью которого возможно решить поставленную задачу, является
дифракция Брэгга на высокочастотном звуке. Деформации, создаваемые упругой волной, формируют
периодическое изменение показателя преломления внутри оптоволокна, которое для света является
дифракционной решеткой. Максимальный угол отклонения единственного наблюдаемого
дифракционного максимума равен двум углам Брэгга. Частота отклоненной электромагнитной волны
приблизительно равна частоте основного информационного потока.
Оптическое туннелирование представляет собой приведение оптического контакта с волокном
другого оптического волокна с показателем преломления равным или большим основного, что
приводит к захвату части информационного светового потока без обратного рассеянного излучения.
Оптическое туннелирование состоит в прохождении оптического излучения из среды показателем
преломления через слой с показателем преломления меньшим в среду с показателем преломления
при углах падения больших угла полного внутреннего отражения. На принципах оптического
туннелирования в интегральной и волоконной оптике создаются такие устройства как оптический
ответвитель, оптофоны, волоконно-оптические датчики физических величин.
Отличительной особенностью оптического туннелирования является отсутствие обратно
436
рассеянного излучения, что затрудняет детектирование несанкционированного доступа к каналу
связи. Этот способ съема информации наиболее скрытный.
– специальные напыляемые покрытия и оптические смазки основного оптоволокна, которые
приводят к эффекту интерференции света в тонких пленках, что позволяет выводить часть излучения
также без обратного рассеяния;
– воздействие стационарных электромагнитных полей, что вызывает изменение оптических
свойств на границе сердцевина – оболочка оптоволокна, которое приводит к нарушению полного
внутреннего отражения.
Изменения значения предельного угла, вызываемое как механически напряжениями, так и
электрическим полем малы, но комплексное воздействие с другими способами может привести к
эффективному способу формирования канала утечки.
При нарушение отношения показателей преломления таких как растяжение происходит
механическое воздействие без изменения формы волокна. Растяжение волокна вызывает изменение
отношения показателя преломления оболочки к показателю преломления сердцевины оптоволокна.
С учетом того, что плавленый кварц выдерживает большие напряжения (до 10
6
Па в идеальном
состоянии), то, прикладывая большие механические напряжения к оптоволокну, можно добиться
изменения предельного угла на величину, достаточную для вывода части интенсивности основного
информационного потока за пределы оптического волокна.
К способам, вызывающим изменение отношения показателя преломления оболочки к
показателю преломления сердцевины оптоволокна путем механического напряжения, также
относится и скручивание оптоволокна.
Оптические волноводы обладают очень маленькими потерями (вплоть до 0,2 дБ/км и менее на
длине волны 1,55 мкм) – это позволяет передавать информацию на значительные расстояния без
необходимости усиления сигнала. Расстояния между участками ретрансляции составляет более 100
км, что требует генерации световых импульсов значительной мощности. Высокие мощности
входного светового потока создают значительное по величине рассеяние на ближайших к
ретрансляторам участках, которые можно использовать для формирования каналов утечки
информации. Приемники оптического излучения позволяют регистрировать световые потоки
состоящие практически из одного фотона с временным разрешением менее 1 нс, что соответствует
регистрации оптической мощности излучения менее 10
-10
Вт.
Рассеянное излучение позволяет сформировать каналы утечки информации, основанные на
следующих физических принципах:
– измерение рассеянного излучения на длинах волн носителя информации;
– регистрация показателей рассеянного излучения на комбинационных частотах;
– воздействие на оптоволокно внешними полями (тепловым, электромагнитным,
радиационным), с целью увеличения интенсивности рассеянного излучения.
Усиление потерь с помощью воздействия извне можно в световоде на локальных участках
формирования каналов утечки, что вызовет увеличение сигнала утечки.
В параметрическом методе регистрации проходящего излучения рассмотрим следующие
аспекты. Оптическое излучение, являющееся носителем информации, при распространении по
оптоволокну вызывает изменение его физических свойств. Модуляцию свойств оптоволокна в
зависимости от интенсивности световых импульсов можно регистрировать специальными
высокочувствительными устройствами. Изменение свойств оптоволокна является основой для
формирования канала утечки информации. Среди них можно выделить следующие параметры
оптоволокна, модулируемые световым потоком:
– показатель преломления;
– показатель поглощения при прохождении света;
– малые изменения геометрических размеров (фотоупругий эффект);
– регистрация модуляции свойств поверхности волокна.
В заключение надо отметить, что существует много других способов несанкционированного
доступа и способов захвата информации с волоконно-оптических линий связи. При использовании
волоконно-оптических линий связи не требуется шифрование конфиденциальной информации, в
отличии от других каналов передачи информации. Особенностью волоконно-оптических
телекоммуникаций является необходимость физического контакта с линией связи для формирования
канала утечки.
Достарыңызбен бөлісу: |