РОНХА

Одиночный светодиод высокой яркости с дешевой лупой создает яркий узкий ^[1] луч, который позволяет передавать видео DVD-качества по окрестностям. Несколько шагов в сторону, и узкий луч становится невидимым.

Twibright Ronja с линзами диаметром 130 миллиметров (5,1 дюйма), работающими на линии связи длиной 1205 метров (1318 ярдов) с использованием видимого красного света, макс. дальность действия 1300 метров (1400 ярдов), с передающим светодиодом HPWT-BD00-E4000. Установлен на крыше вместе с пользователем в Чехии. ^{[2] [3]}

Три болта с розовыми резиновыми блоками позволяют точно регулировать направление оптической головки с передаточным числом 1:300. ^[1] Болт с правой стороны является частью механизма грубой регулировки, который позволяет направлять оптическую головку практически в любом направлении.

Искусственно усиленная картина ситуации, когда связь Ronja перестает работать из-за сильного тумана.

RONJA ( Reasonable Optical Near Joint Access ) — система оптической связи в свободном пространстве , родом из Чехии , разработанная Карелом Кулхавым из Twibright Labs и выпущенная в 2001 году. Она передает данные по беспроводной сети с использованием лучей света . Ronja можно использовать для создания дуплексного двухточечного канала Ethernet со скоростью 10 Мбит/с. По оценкам, по всему миру построено от 1000 до 2000 каналов. ^[4]

Дальность действия базовой конфигурации составляет 1,4 км (0,87 мили). Устройство состоит из приемной и передающей трубы (оптической головки), закрепленных на прочном регулируемом держателе. Два коаксиальных кабеля используются для соединения установки на крыше с транслятором протоколов, установленным в доме рядом с компьютером или коммутатором . Дальность действия можно увеличить до 1,9 км (1,2 мили) за счет удвоения или утроения длины трубки передатчика ^{[ необходимы разъяснения ]} .

Инструкции по сборке, чертежи и схемы публикуются под лицензией GNU Free Documentation License . При разработке используются только бесплатные программные инструменты. Автор называет этот уровень свободы «технологией, контролируемой пользователем». ^[5] Ronja — проект Twibright Labs.

Производство

Инструкции по строительству написаны для неопытных строителей. Объясняются основные операции, такие как сверление , пайка и т. д. ^[ 6 ^] Для ^{минимизации ошибок в} критических ^{местах и _ _} _ помогите ускорить работу. Печатные платы можно загрузить, готовые к изготовлению, с инструкциями для завода. ^{[15] [16]} Люди, не имевшие опыта сборки электроники, сообщили в списке рассылки, что устройство заработало с первой попытки.

154 инсталляции по всему миру зарегистрированы в галерее с техническими данными и фотографиями. ^[2]

Диапазон

С самым ярким вариантом светодиода Lumileds HPWT-BD00-F4000 и дешевыми увеличительными линзами диаметром 130 мм дальность действия составляет 1,4 км (0,87 мили). ^{[5] [17]} Более тусклый, но более доступный вариант E4000 HPWT-BD00 обеспечивает дальность действия 1,3 км (0,81 мили). ^[18] Скорость всегда составляет 10 Мбит/с в полнодуплексном режиме, независимо от расстояния.

Модели

• Ронья Тетраполис : дальность 1,4 км (0,87 мили), красный видимый свет. Подключите разъем 8P8C к сетевой карте или коммутатору.
• Ronja 10M Metropolis : дальность действия 1,4 км (0,87 мили), красный видимый свет. Подключается к интерфейсу навесного устройства .
• Ronja Inferno : дальность действия 1,25 км (0,78 мили), невидимый инфракрасный свет.
• Ronja Benchpress : измерительное устройство для разработчиков для физического измерения коэффициента усиления комбинации линзы и светодиода и расчета дальности на основе этого.
• Ронья Лопайп : оригинальная (снятая с производства) конструкция с использованием красного видимого света и интерфейса RS232 для соединения PPP/SLIP со скоростью до 115 кбит/с. ^[19]

Ограничения

По определению, необходима четкая видимость между передатчиком и приемником. Если луч каким-либо образом заслонить, ссылка перестанет работать. Обычно проблемы могут возникнуть во время снега или густого тумана . ^{[20] [21]} Одно устройство весит 15,5 кг (34 фунта) ^[1] и требует 70 часов времени на сборку. ^[22] Для использования полнодуплексного режима требуется возможность вручную настроить полнодуплексный режим на сетевой карте или коммутаторе, ^[23] поскольку он не поддерживает автосогласование . ^[1] Необходимо подключить непосредственно к ПК или коммутатору с помощью встроенного кабеля Ethernet длиной 1 метр (3 фута 3 дюйма). ^[1]

Технологии

Блок-схема полнодуплексной системы RONJA.

Полная система RONJA состоит из 2 трансиверов : 2 оптических передатчиков и 2 оптических приемников . Они собираются индивидуально или в комбинации. Полная компоновка системы показана на блок-схеме .

Оптический приемник – каскад предусилителя

Карта, показывающая распределение 153 зарегистрированных установок RONJA по состоянию на 1 октября 2007 г. На основе данных, найденных на официальном сайте RONJA.

Обычный подход в предусилителях FSO (Free Space Optics) заключается в использовании трансимпедансного усилителя . Трансимпедансный усилитель — это очень чувствительное широкополосное высокоскоростное устройство с петлей обратной связи . Это означает, что схема имеет проблемы со стабильностью и необходимо выполнять специальную компенсацию емкости PIN-диода , что не позволяет выбрать широкий ассортимент дешевых PIN-фотодиодов с различной емкостью.

Однако Ронья использует конструкцию без обратной связи ^[8] , где PIN имеет высокое рабочее электрическое сопротивление (100 кОм ) ^[8] , что вместе с общей входной емкостью (примерно 8 пФ, 5 пФ PIN и 3 пФ ^[24] входной каскад MOSFET ) заставляет устройство работать с полосой пропускания с наклоном нижних частот 6 дБ/октаву, формируемым рабочим сопротивлением PIN-кода и общей входной емкостью. ^{[25] [26]} Затем сигнал немедленно усиливается, чтобы исключить опасность загрязнения сигнальным шумом , а затем компенсация крутизны 6 дБ/октава выполняется с помощью дериваторного элемента на программных выводах ^[27] видеоусилителя NE592. . ^{[28] [26]} Получена удивительно плоская характеристика. Если PIN-диод оснащен рабочим резистором 3 кОм для работы в плоскополосном режиме, диапазон уменьшается примерно до 30% из-за теплового шума резистора 3 кОм.

Оптический передатчик – инфракрасный светодиодный драйвер Nebulus

Инфракрасный светодиод HSDL4220 изначально не предназначен для работы на скорости 10 Мбит/с. Его полоса пропускания составляет 9 МГц, ^{[29] тогда как системам с} манчестерской модуляцией со скоростью 10 Мбит/с требуется полоса пропускания около 16 МГц. Работа в обычной схеме с током приводила бы к существенному искажению сигнала и уменьшению дальности действия. Поэтому Twibright Labs разработала специальную технику управления, состоящую в непосредственном управлении светодиодом с помощью 15-кратного выхода затвора 74AC04 параллельно с ВЧ-напряжением, подаваемым с неограниченным током непосредственно на светодиод через большие конденсаторы. ^[30] Поскольку напряжение, необходимое для поддержания номинального среднего тока светодиода (100 мА), меняется в зависимости от температуры и допусков компонентов, последовательно со светодиодом включается резистор измерения тока с байпасом переменного тока. Контур обратной связи измеряет напряжение на этом резисторе и поддерживает его на заданном уровне, изменяя напряжение питания затворов 74AC04. Таким образом, номинально цифровой ^[31] 74AC04 работает как структурированный силовой КМОП- переключатель полностью в аналоговом режиме.

Таким образом, переход светодиода затопляется и очищается от носителей как можно быстрее, в основном за счет разряда короткого замыкания . Это увеличивает скорость светодиода до максимальной, что делает выходной оптический сигнал достаточно быстрым, чтобы соотношение дальность/мощность было таким же, как и у более быстрого красного светодиода HPWT-BD00-F4000. Побочными эффектами этого жестокого метода вождения являются: 1) яркость светодиода в начале более длинных (5 МГц/1 МГц) импульсов превышает яркость примерно в 2 раза. Было установлено, что это не оказывает отрицательного влияния на дальность полета. 2) Блокировочная керамическая конденсаторная батарея, поддерживающая коммутационную матрицу 74AC04, имеет решающее значение для правильной работы, поскольку зарядка и разрядка светодиода осуществляется путем короткого замыкания. При неправильном выборе размеров этого банка передний и задний фронты оптического выхода становятся длиннее.

Трансивер – Ронья Твистер

Ronja Twister — это электронный интерфейс для оптического канала передачи данных в свободном пространстве, основанный на микросхемах счетчика и сдвигового регистра. Это часть дизайна Ronja. По сути, это оптический приемопередатчик Ethernet без оптического привода. ^[32]

Первоначальный дизайн был заменен Twister2, но логическая схема осталась прежней. ^[33]

Аппаратный подход с открытым исходным кодом

Содерберг, социологически изучающий Ронью, пишет: «Можно сказать, что это был первый проект, который подтвердил методы и схемы лицензирования разработки свободного программного обеспечения, применил эти методы к открытой разработке аппаратного обеспечения и реализовал современную технологию без какой-либо поддержки со стороны университетов или фирм, был проект Ронья». ^[34]

Вся цепочка инструментов построена исключительно на свободных инструментах ^[35] , а исходные файлы предоставляются бесплатно под лицензией GPL . ^[36] Это позволяет любому приступить к разработке, начать производство или инвестировать в технологию без вступительных затрат . Такие затраты обычно могут включать затраты на лицензию на программное обеспечение , затраты времени на решение проблем совместимости между проприетарными приложениями или затраты на переговоры по лицензии на интеллектуальную собственность . Решение задумать проект таким образом было вдохновлено наблюдаемой организационной эффективностью свободного программного обеспечения .

На Рождество 2001 года Ronja стала первым в мире устройством Free Space Optics со скоростью 10 Мбит/с и бесплатными источниками. ^[37]

Примеры инструментов, используемых при разработке:

• gEDA gschem ( схематическое изображение ) ^[38]
• ККАД
• БРЛ-CAD
• Программа печатной платы ^[39]
• Содиподи для векторной графики

Смотрите также

• Беспроводная общественная сеть
• Видимая световая связь
• Список пропускной способности устройства

Примечания

1. «Спецификация Ронья Тетраполиса». ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
2. «154 зарегистрированных установки Рони». ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
3. "[1208] ronja/installations/czech/zdar_n_sazavou". images.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
4. Содерберг, Дж. (2010). «Оптика свободного пространства в чешском беспроводном сообществе: проливаем свет на роль нормативности для инноваций, инициируемых пользователями». Наука, технологии и человеческие ценности . 36 (4): 423–450. дои : 10.1177/0162243910368398. S2CID  145786449.
5. "Ронья - BRL-CAD". brlcad.org . Проверено 3 июня 2017 г.
6. «Основы производственных операций». ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
7. «Все рисунки Ронхи». ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
8. «Строительство приемника Ronja 10M». ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
9. "Строительство передатчика Ronja 10M Metropolis" . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
10. «Создание печатной платы Ronja Twister2» . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
11. "Здание Ронья Небулус" . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
12. "Тестирование Рони Тетраполиса". ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
13. "Тестирование Ронья 10М Метрополис" . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
14. "Тестирование Ронья Инферно". ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
15. "Печатная плата Twister2" . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
16. «Ронья: Заказ печатных плат TX» . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
17. "Европейский политехнический институт, ООО 1. Соукрома высокая школа на Мораве Куновице ПОЧИТАЧОВЕ СИТЭ - PDF" . docplayer.cz . Проверено 3 июня 2017 г.
18. "Ronja 10M Metropolis, Tetrapolis, Inferno, проблемы с расстоянием Rexlator" . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
19. "Лаборатории Сумерки: Ронья" . linas.org . Проверено 3 июня 2017 г.
20. «Превышен лимит загрузки». CiteSeerX 10.1.1.963.9463 .  {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
21. «Военно-морские приложения для LiFi: инструмент передачи» . cimsec.org . 10 августа 2016 г. Проверено 3 июня 2017 г.
22. «Сколько стоит Ронья?». ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
23. «Ронья Тетраполис: Требования (модули, материалы, инструменты, программное обеспечение)» . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
24. «NXP Semiconductors: Техническое описание BF 908, страница 2, строка таблицы «входная емкость на затворе 1»» (PDF) . nxp.com . Проверено 3 июня 2017 г.
25. Фанумас Хумсат, Ноппадол Ваттанаписит, Карел Кулхавей, «Недорогой лазерный беспроводной оптический приемопередатчик для канала Ethernet 10 Мбит / с», Материалы конференции IEEE Region 10 (TENCON), Гонконг, Китай (2006) (полный текст), стр. 2 вверху слева, упоминание о «нежелательном интеграторе с потерями».
26. «Как работает Ронья?». ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
27. «Продукты радиочастотной связи Philips Semiconductors: NE592 Спецификация продукта, стр. 1, строки 6–7 1-го абзаца и стр. 8, заголовок «ФИЛЬТРОВЫЕ СЕТИ»» (PDF) . nxp.com . Проверено 3 июня 2017 г.
28. Фанумас Хумсат, Ноппадол Ваттанаписит, Карел Кулхавей, «Недорогой лазерный беспроводной оптический приемопередатчик для канала Ethernet 10 Мбит / с», Материалы конференции IEEE региона 10 (TENCON), Гонконг, Китай (2006) (полный текст)
29. «Техническое описание HSDL-4220» (PDF) . mouser.com . Проверено 3 июня 2017 г.
30. "Схема Ronja Nebulus (инфракрасный передатчик)" (PDF) . twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
31. «Fairchild: Техническое описание 74AC04» (PDF) . Колорадо.edu . Проверено 3 июня 2017 г.
32. "Ронья Твистер". ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
33. "Ронья Твистер2". ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
34. Седерберг, Йохан (18 июня 2013 г.). «Как открытое оборудование управляет такими инструментами цифрового производства, как 3D-принтер». Обзор интернет-политики . 2 (2). дои : 10.14763/2013.2.138. hdl : 10419/213966 . Проверено 3 июня 2017 г.
35. «Программное обеспечение, используемое для разработки Ronja» . ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
36. «Все схемы». ronja.twibright.com . Проверено 3 июня 2017 г.
37. «Создайте свой собственный оптический канал передачи данных со скоростью 10 Мбит / с - Slashdot» . hardware.slashdot.org . 22 декабря 2001 года . Проверено 3 июня 2017 г.
38. Схематический снимок
39. Печатная плата, проект gEDA

Рекомендации

• Энди Орам (19 февраля 2007 г.), Ронья на скорости 10 Мбит / с, следующий этап в создании беспроводных ячеистых сетей?, O'Reilly Emerging Telephony
• Джеффри Джеймс (1 января 2003 г.), Преодоление глобального цифрового разрыва, издательство Edward Elgar Publishing , ISBN 9781843767169стр. 56
• Без струн: Да Ду Рон РОНЯ
• Выступление Рони на WSFII в Лондоне, 2005 г. (archive.org)
• Взломайте день: Ронья
• Создание Ronja-lightlink: отзыв пользователя (web.archive.org)
• Программное обеспечение для 3D-моделирования BRL-CAD, первоначально разработанное армией США с 1979 года, демонстрирует Ronja как проект, в котором используется BRL-CAD.
• Фанумас Хумсат, Ноппадол Ваттанаписит, Карел Кулхавей, «Недорогой лазерный беспроводной оптический приемопередатчик для канала Ethernet 10 Мбит / с», Материалы конференции IEEE Region 10 (TENCON), Гонконг, Китай (2006), на которой публикуется дизайн Ronja с небольшими изменениями публикует схемы приемника и передатчика Ronja практически без изменений и содержит фотографию Ronja Twister, построенного на официальной печатной плате Ronja.
• Фанумас Хумсат, Ноппадол Ваттанаписит, Карел Кулхавей, «Оптические интерфейсы для недорогого лазерного оптического приемопередатчика в свободном пространстве со скоростью 10 Мбит/с» (полный текст), Материалы Азиатско-Тихоокеанской конференции IEEE по схемам и системам, 2006, 1911–1914 гг. (2006), в котором публикуется конструкция Ronja с небольшими изменениями, публикуются схемы приемника и передатчика Ronja практически без изменений и представлены фотографии официальных оптических головок и держателей Ronja.
• И. Рукованский, М. Хорват, Л. Соларик, П. Циха: Компьютерные сети (на чешском языке), университетский учебник лекций, Европейский политехнический институт – частный университет, 2015, страницы 66–67
• Йохан Содерберг: Свободное программное обеспечение для открытого оборудования: критическая теория на границах взлома, Докторская диссертация, Гетеборгский университет, ISBN 9789197544276 , Швеция, 2011. 
• Давид Немец: Бескабельная оптическая передача (на чешском языке), магистерская диссертация, Институт телекоммуникаций, факультет электротехники и связи, Брно, Чехия, 2012 г.
• Санти Пхасук (สันติ ผาสุข): Проектирование и реализация приемопередатчика данных через луч видимого света (на тайском языке с аннотацией на английском языке), магистерская диссертация, Университет Касетсарт, Бангкок, Таиланд, 2011 г.
• Б. Бакала: Реализация оптической линии связи, бакалаврский проект, факультет телекоммуникационной инженерии, Чешский технический университет, Прага, Чехия, 2011 г.
• Ян Матяш: Ronja Twister на основе FPGA (полный текст), бакалаврская диссертация, кафедра компьютерных систем, факультет информационных технологий, Технологический университет Брно, Чехия, 2011 г.
• До н.э. Лукаш Чобот: Беспроводная передача данных через оптические модули (на чешском языке), дипломная работа, факультет прикладной информатики, Университет Томаса Баты, Злин, Чехия, 2011.
• До н.э. Филип Немец: Оптическая бескабельная передача (на чешском языке), магистерская диссертация, факультет телекоммуникаций, факультет электротехники и связи, Технологический университет Брно, Чехия, 2010 г.
• Т. Сабо: Проектирование и реализация беспроводной оптической связи RONJA (упоминается в годовом отчете), магистерская диссертация, факультет телекоммуникаций, факультет электротехники и информации, Словацкий технологический университет в Братиславе, Словакия, 2007 г.
• До н.э. Любомир Адамек: Беспроводная передача данных (на чешском языке), дипломная работа, факультет прикладной информатики, Университет Томаса Баты, Злин, Чехия, 2006 г.
• Либор Штепан: Беспроводная оптическая связь для локальной сети Ethernet (на чешском языке), бакалаврская работа, факультет прикладной информатики, Университет Томаса Баты, Злин, Чехия, 2006 г.
• М. А. Чанси: Подводные оптические линии связи ближнего действия (полный текст), магистерская диссертация, Университет штата Северная Каролина, США, 2005 г.

Внешние ссылки

• Официальный веб-сайт
• RONJA Адаптация для подводного плавания
• Проект Британского совета – Продвижение ронхи в общественных сетях Великобритании, 2004 г.