Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах

Приведено принципи та математичні моделі, які описують процеси передачі інформації та енергії у оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах (ГІЕМ). Наведено результати досліджень, а саме математичного моделювання процесів у волоконно-оптичних каналах ГІЕМ. The principles and mathematics models for...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології
Date:	2008
Main Author:	Маліновський, В.І.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2008
Subjects:	Волоконно-оптичні технології в інформаційних (Internet, Intranet тощо) та енергетичних мережах
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32206
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах / В.І. Маліновський // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. — 2008. — № 2 (16). — С. 207-222. — Бібліогр.: 18 назв. — укp.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860087657178071040
author	Маліновський, В.І.
author_facet	Маліновський, В.І.
citation_txt	Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах / В.І. Маліновський // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. — 2008. — № 2 (16). — С. 207-222. — Бібліогр.: 18 назв. — укp.
collection	DSpace DC
container_title	Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології
description	Приведено принципи та математичні моделі, які описують процеси передачі інформації та енергії у оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах (ГІЕМ). Наведено результати досліджень, а саме математичного моделювання процесів у волоконно-оптичних каналах ГІЕМ. The principles and mathematics models for information-power transmition in geoinformationpower networks (GIPN) were presented. Results of research have been submitted, as mathematics simulation of processes in fiber optical channel of GIPN.
first_indexed	2025-12-07T17:20:55Z
format	Article
fulltext	5 УДК 681.3.021 В.І. МАЛІНОВСЬКИЙ Технології інформаційного та енергетичного обміну В оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах Вінницький національний технічний університет, вул. Хмельницьке шоссе, 95, м.Вінниця, Україна, 21021, тел.:+38(097)7962176, E-mail: tirexlink@mail.ru Аннотація. Приведені принципи та математичні моделі, які описують процеси передачі інформації та енергії у оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах (ГІЕМ). Приведені результати досліджень, а саме математичного моделювання процесів у волоконно-оптичних каналах ГІЕМ. Аннотация. Приведены принципы и математические модели, которые описывают процессы передачи информации и энергии в оптических геоинформационно-энергетических сетях (ГИЭМ). Приведены результаты исследований, а именно математического моделирования процессов волоконно-оптических каналах ГИЭМ. Abstract. The principles and mathematics models for information-power transmition in geoinformation- power networks (GIPN) were presented. Results of research have been submitted, as mathematics simulation of processes in fiber optical channel of GIPN. Ключові слова: волоконно-оптичний, інформаційно-енергетичний, ГІЕМ. ВСТУП На сьогоднішній день все частіше робляться намагання поєднати дві існуючі і на перший погляд не співмірні субстанції: інформацію та енергію. Так, виникнення і стрімкий розвиток стандартів передачі даних HomePlug 1.0, 2.0 [1] (рекомендований світовою асоціацією Powerline Alliance), які передбачають використання побутової електромережі напругою ~220В для підключення до мережі Internet все більше поширюється у Європі з метою економії ресурсів на прокладення нових комунікацій. Крім того, актуальним тут представляється забезпечення автономності в енергетичному аспекті, працюючого по таким стандартам обладнання. Ще більш цікавішими і привабливими з точки зору швидкодії і автономності представляються саме геоінформаційно-енергетичні мережі (ГІЕМ) [1, 2]. В останніх актуальним є збільшення швидкодії і інформаційної пропускної спроможності шляхом застосування перспективних технологій оптичного зв‘язку на основі волоконно- оптичних та відкритих оптичних каналів для передачі інформації та високошвидкісної обробки на основі паралельних обчислювальних структур, розроблених науковою школою проф. Кожем‘яко В.П. та школою проф. Вінцюка Т.К. Існуючі технології обміну інформації дозволяють здійснювати обмін інформацією із швидкістю до 10-80 Гбіт/с – у волоконно-оптичних каналах  В.І. МАЛІНОВСЬКИЙ, 2008 ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 6 [4] та від 622 -1.5 Гбіт/с і більше – по відкритим оптичним каналам [5], що задовольняє вимогам по швидкодії. Актуальність створення саме оптичних геоінформаційно-енергетичних середовищ [1,2] обумовлюється переходом на швидкодіючі оптичні обчислювальні структури і оптичні канали інформаційно-енергетичного обміну, які дозволяють поєднати інформаційні канали з енергетичними, що дозволить як зменшити габарити і вагу комунікацій, так і підвищити автономність усіх вузлів ГІЕМ. Систематизувавши існуючі розробки ГІЕМ, ГІЕС у [1] із врахуванням застосування вищезазначених технологій оптичної обробки і передачі інформації, можна навести запропоновану автором загальну структуру геоінформаційно-енергетичної мережі рис.1. Основними елементами, по яким здійснюється обмін як інформації так і енергії у будь-яких системах і мережах, є канали передачі інформації та енергії живлення складових цих систем і мереж. При побудові апаратного устаткування засобів обробки і передачі інформації існують два види каналів: інформаційні та енергетичні. В даній роботі окремо існуючи технології передачі інформації і енергії будуть розглядатися у спільному, інформаційно-енергетичному (ІЕ) контексті, оскільки інформація не існує окремо від енергії [3, 6] і в доволі великій кількості робіт розглядалась в спільному полі інформаційно-енергетичного світогляду. ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 7 Рис. 1. Загальну структуру геоінформаційно-енергетичної мережі Існуючі на сьогодні канали передачі і прийому інформації можна розділити (класифікувати) на три основні типи (рис.2). Рис.2. Класифікація існуючих каналів передачі інформації Волоконно-оптичні і відкриті оптичні канали використовують в якості інформаційного носія оптичне випромінювання, а канали на основі металевих провідників – електричний струм. Відкриті оптичні і волоконно-оптичні канали є більш швидкодіючими, оскільки в них передбачено передачу інформації оптичним потоком, який при модуляції не має паразитних параметрів (Спар., L пар, R пар.). ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 8 До переваг оптичних каналів також слід віднести малу вагу волокна, у випадку використання волоконно-оптичних провідників, або взагалі відсутність потреб створювати середовище передачі у відкритих оптичних каналах. Для забезпечення інформаційно-енергетичного обміну пропонується використання двох типів: бінарних провідників [7] та волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів [3, 5-6]. При цьому, бінарні провідники являють собою кабельну структуру, і включають об‘єднані під захисною оболонкою оптичні волокна, в якості інформаційно-передаючого середовища і струмонесучі жили на основі металевого провіднику електроенергії – в якості енергетично-передаючого [6, 7] . Волоконно-оптичні інформаційно- енергетичні канали [7] представляють собою розміщенні за допомогою хвильового мультиплексування оптичні спектри як для передачі інформації, так і енергії у єдиному оптичному волокні спеціалізованого типу(з великим діаметром серцевини 200-1000мкм). Саме останні представляють великий інтерес в плані розробки, дослідження і апаратної реалізації. Історично і природньо склалося, що саме світлове випромінювання є найпершим і найдревнішим провідниким енергії, адже всі природні процеси життєдіяльності на Землі відбуваються завдяки надходженню енергії від Сонця у вигляді світлових променів. Тому цікавим представляється напрямок застосування світлового випромінювання в якості енергетичного носія у волоконно-оптичних каналах в промисловості, при побудові оптичних ГІЕМ. Цей напрямок активно вивчався рядом вчених у роботах [8 - 10], в яких передбачалась оптична передача енергії до кінцевих вузлів для забезпечення гальванісной розв‘язки в електричних колах. Новизна досліджень даної роботи полягає в тому, що принцип оптичного інформаційно-енергетичного обміну передбачає крім передачі енергії у спеціалізованому оптичному волокні. здійснювати паралельно передачу інформації на інших спектральних частотах за допомогою технології WDM (Wawe Division Multiplexing) Реалізація інформаційно-енергетичної передачі по волоконно-оптичним каналам потребує детального розгляду і дослідження процесів спільного оптичного способу передачі інформації та енергії. В табл.1 можна привести орієнтовані інформаційні та енергетичні пропускні спроможності для кожного з типів каналів ГІЕМ. Таблиця 1. Пропускна спроможність Тип каналу ГІЕМ Інформаційна, Мбіт/с Енергетична, Дж/с Тип лінії ГІЕМ, 1. Бінарні провідники 1·10 3 - 4·10 3 10-10 5 Магістральні ІЕ канали 2. Відкриті оптичні канали 10 2 -10 3 - Віділені інформаційні канали 3.Волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали 1·10 3 - 4·10 3 10-10 2 Локальні виділені ІЕ канали ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 9 Орієнтовні пропускні спроможності каналів ГІЕМ Якщо для перших двох типів каналів, немає необхідності розрахунку і досліджень значення пропускних спроможностей, оскільки технології реалізації їх відомі, то для волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів, які розробляються і досліджуються в даній роботі необхідно більш детально розглянути механізми об‘єднаного способу передачі інформації і енергії у них. І на основі побудованих математичних моделей і розрахунків необхідно визначити максимально можливі значення пропускних спроможностей, а й відповідно сферу застосування і класи кінцевого обладнання для цього типу каналів. МАТЕМАТИЧНИЙ АППАРАТ РОБОТИ БІНАРНИХ ПРОВІДНИКІВ Оскільки в бінарних провідниках середовища передачі інформації та енергії є просторово і фізично розділеними, доцільно окремо розглядати процеси у оптичному волокні (інформаційне середовище) і у струмопровідних жилах на основі металевих провідників (енергетично несуче середовище). Швидкодія оптичних волокон бінарного провідника може бути описана як: ( )2 2 max max. . 0.50.44 0.44 ( ) od Z mat w pmd B В τ τ τ τ δ= = ⋅ = + + ≈ , (1) де, max . .od В - максимальна швидкодія одиничного волокна; δ – середньоквадратична ширина імпульсу вхідної інформації; τZ – загальна дисперсія одномодового волокна бінарних провідників, яка складається із суми квадратів матеріальної τmat, хвильової τw та поляризаційної τpmd дисперсій. Для енергетичного середовища, в якості якого виступає металева оболонка або струмонесучі жили (у випадку розміщення їх разом з волокном у одному пач-корді [5]), максимальна енергетична пропускна спроможність визначається параметрами робочої напруги Uроб , максимально допустимим значенням робочого струму Iроб і омічним опором металевих струмонесучих частин енергетичного середовища довжиною 2L по загальновідомому закону Ома [11]: 2 max max 2 2 R R R R R L L U U P U I U R R = ⋅ = ⋅ = . (2) Вимірюється величина пропускної спроможності бінарних провідників у [КВА]- кіловольт-амперах відповідно. У випадку використання канального типу бінарних провідників, кожен з яких містить по два струмонесучі канали важливим параметром, що їх характеризує є максимально допустиме значення напруги діелектричного пробою між металевими частинами Umax проб., перевишення якого призведе ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 10 до внутрішнього електричного пробою. При використанні канального типу бінарних провідників довжина струмонесучого шляху (металевих частин) збільшується у 2 рази (L=2Lод.мет., де Lод.мет. – довжина однієї струмонесучої частини), адже як відомо для передачі електричної енергії необхідна двополюсна схема (+/-, або фаза і нуль F/0). Бінарні провідники в ГІЕМ передбачено використовувати у магістральних сегментах ГІЕМ, оскільки вони мають найбільші значення енергетичної загальних PmaxZ і інформаційної BmaxZ пропускних спроможностей. У магістральних каналах їх укладають у магістральні пачкорди, які являють собою магістральну ланку сегмента ГІЕМ. У такій магістральній ланці можуть бути розміщені N-оптичних волокон, або спектрів, за умови мультиплексування на довжинах хвиль λі , і=1..N та M- струмонесучих провідників. Тоді загальні інформаційна Bmax заг та енергетична Pmax заг пропускні спроможності будуть пропорціїні кількостям оптичних і струмонесучих каналів: max max max max max 1 Z N Z i i P M P B N B B λ = = ⋅   = ⋅ =  ∑ . (3) Для оцінки якості передачі бінарних провідників, аналогічно волоконно- оптичним інформаійно-енергетичним каналам можна користуватись коефіцієнтами передачі по оптичному волокну kopt. струмонесучим провідникам kelekt., які визначаються із нескладних залежностей . . . . . . OUT opt opt INopt OUT elect elekt IN elect P k P P k P = ⋅  = ⋅ , (4) де POUT , PIN - вихідні і вхідні потужності, відповідно для оптичної і електричної складових. В процесі моделювання в середовищі MathCAD було отримано залежність, яка характеризує втрати електроенергії у металевих струмонесучих частинах бінарних провідників на відстані до 100км для магістральних каналів ГІЕМ (рис.3.). При моделюванні враховувалось, що на вході енергетичної складової каналу на основі бінарного провідника водилась вхідна активна потужність Pin =120кВт, при робочому струмі Iр=100А і напрузі Up =1.5 кВ(що характерно для струмонесучих каналів на основі мідних провідників з площею поперечного перерізу 0.5-1см2 ).Як показує залежність на відстані 50км від передавача втрачається майже третина введеної потужності. ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 11 Рис.3. Характер втрат електроенергії на відстані L=100км у струмонесучих частинах для магістральних каналів ГІЕМ на основі бінарних провідників На рис.4 приведені результати моделювання по формулі (2), яка характеризує залежність передачі максимальної потужності по металевим струмонесучим частинам на основі міді (Cu) і алюмінію(Al) з відповідними питомими опорами 1.673 та 2.69 Ом·м/мм2 Рис.4. Залежність передачі максимальної потужності по металевим струмонесучим частинам на основі міді і алюмінію При технологічній реалізації бінарних провідників в якості струмонесучих жил доцільно в якості матеріалу жил використовувати саме мідь, оскільки вона має найменьший питомий опір, хоча разом з тим вартість її є більшою. Перспективи від використання бінарних провідників визначаються відштовхуючись від параметрів максимальної інформаційної та енергетичної пропускних спроможностей, які у них є найбільші (~10 4 -10 5 Дж/с та 10 9 -1012Біт/с.) у порівнянні з іншими типами каналів ГІЕМ. Використання високошвидкісного одномодового оптичного волокна у поєднанні з металевими енергонесучими частинами розрахованими на передачу до 100 КВА потужності живлення кінцевого обладнання забезпечує найкращі умови для використання бінарних провідників саме у магістральних сегментах геоінформаційно-енергетичних мереж, де ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 12 необхідна максимально швидкісна передача інформації і передача максимально-можливих значень потужності живлення. Для дослідження інформаційної пропускної спроможності необхідним є моделювання одномодового оптичного волокна типу NZDSF марки із діаметром серцевини 8-10мкм при умові забезпечення хвильового мультиплексування СWDM з кількістю каналів 5 на довжинах хвиль: 1530, 1540, 1550, 1560, 1570, розташованими поблизу основного робочого вікна прозорості 1550 нм кварцового скла. В результаті моделюванні оптичного волокна NZDSF відповідно формулам (1) та (3), які описують пропускну спроможність BmaxZ каналів при мультиплексуванні N –кількості (N =5) спектральних каналів, та величину загальної дисперсії τZ, від якої залежить BmaxZ, в результаті моделювання було отримано характеристику пропускної спроможності оптичного волокна бінарного провідника (рис.5). Рис.5. Характеристика пропускної спроможності оптичного волокна бінарного провідника у діапазоні 1530-1560нм Розрахована робоча пропускна спроможність Вр визначилась на рівні 10,42Гбіт/с за умови мультиплексування 5 спектрів на робочих довжинах хвиль λр (1530, 1540, 1550, 1560, 1570,). Як показує залежність (рис.5), при зсуву в область робочої довжини хвилі кварцевого оптичного волокна λр=1550нм, спостерігається незначне збільшення пропускної спроможністі, обумовлене зменшенням поглинання і відповідного значення дисперсії. Використання робочої довжини хвилі λр=1550нм і її ближнього діапазону ∆λр , який відповідає мінімальним значенням загасання оптичного сигналу, дозволяє оптимально вирішити задачу підвищення інфоромаційної пропускної спроможності бінарного провідника при застосування технології WDM. На рис.6 приведено залежність, яка визначає характер зміни пропускної спроможності оптичного волокна бінарного провідника в залежності від довжини передачі інформації. ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 13 Рис.6. Характер зміни пропускної спроможності оптичного волокна бінарного провідника в залежності від довжини передачі інформації L Як видно з рис.6 при передачі інформації на відстань до 100км, - не спостерігається суттєвих змін пропускної спроможності ОВ бінарного провідника. Спостерігається невелике і несуттєве зменшення BmaxZ (на рівні 4 Мбіт/с на ділянці L=100км), яке обумовлено наростаням дисперсії в залежності від довжини лінії зв‘язку. МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ РОБОТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ КАНАЛІВ Використання волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів перспективно для інформаційно-енергетичного обміну ГІЕМ з кінцевими пристроями малого енергоспоживання, для забезпечення їх автономності і зменшення числа комунікацій з ними. Але, в зв‘язку з малодослідженою областю волоконно-оптичних каналів, як провідників енергії, необхідним є дослідження їх принципів роботи і особливостей передачі інформації та енергії по ним. На рис.7 можна зображено загальні структури інформаційного – а) та енергетичного – б) волоконно-оптичних каналів. а) ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 14 джерело електричної енергії енергетичний передавач оптичне волокно LD PD оптична система введення випромінювання оптична система виведення випромінювання джерело оптичного випромінювання Енергетичний фотоприймач L блок управління випромінювачем блок управління фотоперетворювачем енергетичний передавач приймач енергії (кінцевий пристрій) б) Рис.7.Загальні структури волоконно-оптичних каналів: а) – інформаційного; б) – енергетичного Як видно з рис.7. структури дуже подібні, відмінність полягає тільки у величині оптичної потужності (Ренерг. >> Рінформ), яка вводиться у лінію передачі і способі відтворення на приймальному кінці: у енергетичній ВОЛЗ використовується енергетичний ФЕП (фото-електричний перетворювач), який перетворює вхідний оптичний потік енергії у електричну форму. Як у інформаційному волоконно-оптичному каналі, так і у енергетичному на передавальному кінці каналу ВОЛЗ відбувається електрооптичне перетворення інформації, а на приймальному навпаки - оптико-електронне. Слід також відмітити, що енергія живлення може передаватись як неперервним режимом роботи оптичного випромінювача, так і імпульсним. В першому випадку, одинична величина енергії чисельно рівна одиничній величині потужності dE=dP, оскільки потужність введення є сталою величиною P=const. У другому випадку, при імпульсній передачі, оптична енергія може бути визначена інтегралом: 0 1 ( )E P t dt T ∞ = ∫ , (5) де, P(t)- функція потужності оптичного сигналу, T- період імпульсів передачі. У випадку імпульсної передачі потужності, для забезпечення сталої величини енергії (Е=const) на приймальному кінці необхідне встановлення інтегратора імпульсів у вигляді електричної ємності, як це показано на рис.8. ∫ dttP )( Рис.8 . Енергетичний фотоприймач з інтегратором прийнятої потужності На приймальному кінці для прийнятої енергії можна записати: ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 15 0 ( )out inE P t dt T ∞ Ζ = ∫ , (6) де, Eout – енергія на виході енергетичного каналу, Z-коефіцієнт передачі потужності з врахуванням ККД всіх трактів (випромінювач, фотоприймач, оптичне волокно), Pin(t)-потужність введена на вхідному кінці енергетичного оптичного каналу. У випадку передачі потужності (модуляції світлового потоку) періодичним сигналом, наприклад, ( ) ( ) in s P t A Sin wt= з циклічною частотою ω=2π/f та амплітудою As залежність, яка описує характер зміни потужності буде мати вигляд рис.9. Рис.9. Характер зміни потужності в процесі передачі модуляції світлового потоку періодичним сигналом На відміну від відомого оптичного способу передачі інформації у ВОЛЗ, оптичний спосіб передачі енергії у них базується на передачі енергії світловими протоками високої густини потужності в оптичному волокні, (Ренерг / Sеф.серц. >> Рінформ / Sеф.серц., де Sеф.серц – ефективна площа поперечного перерізу серцевини оптичного волокна). Якщо розглядати поширення інформації (інформаційних сигналів) в оптичних волокнах, за умови що вони є лінійною системою по відношенню до інтенсивності( тобто якщо знехтувати впливом мультиплексованих енергетичних каналів) то їх властивості як середовища передачі сигналів описуються імпульсною g(t), амплітудно-частотною k(ω) і фазочастотною φ(ω) перехідними характеристиками, які виражаються залежностями (7)-(9) [12]: ( ) ( ) ( )jk k e ϕ ωω ω= . (7) Спектр вхідного сигналу можна описати [12]: 0 ( ) ( ) j t вх in S P t e dtωω ∞ −= ⋅∫ . (8) Для вихідного сигналу спектр визначається [12]: ( ) ( ) ( ) out in S S kω ω ω= ⋅ (9) ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 16 Вихідну потужність для одного іформаційного каналу, можна визначити, як: 1 ( ) ( ) 2 j t out outP t S e d ωω ω π ∞ −∞ = ⋅∫ . (10) Для N –кількості каналів .( ) ( ) Nout i out P t N P t= ⋅ . Імпульсна характеристика дозволяє досить чітко визначити потужність інформаційного каналу на виході оптичного волокна Pout(t), по відомій потужності на вході Pin(t): ( ) ( ) ( ) out in P t g t P t= ∗ , (11 де * - згортка. За умови лінійності оптичного світловода і за умови лінійності імпульсної характеристики для кожного із N –кількості інформаційних каналів, можна стверджувати, що: .( ) ( ) ( ( ))Nout i inP t g t N P t= ∗ ⋅ . (12) Середньоквадратична ширина – параметр, за яким можна характеризувати уширення інормаційних імпульмсів у волокні чисельно визначає допустиму швидкість передачі , як 0.25 dop B δ≈ [12], що є необхідним для зменшення міжсимвольної інтерференції імпульсів у інформаційному каналі. Виходячи із чисельного значення параметру середньоквадратичної ширини δ, і врахувавши теорему Котельникова [13], згідно якої швидкість передачі повинна перевищувати частоту модуляції Tf принаймні вдвічі, можливо визначити максимально допустиму швидкість передачі одного інформаційного каналу: 0.25 0.52 2 f B T δ δ= ≈ ⋅ ≈ . Для всієї N-кількості мультиплексованих інформаційних каналів. max. 1 0.52 N N fi i NB T δ = ⋅= ≈∑ . (13) Максимально допустима швидкість передачі дозволяє визначити довжини Lmax регенераційної ділянки інформаційних каналів ВОЛЗ (максимальну дальність передачі), тобто максимальну дальність передачі без регенерації: max 0.25 L ( )z Bδ ≤ ⋅ (14) Довжина регенераційної ділянки дає можливість визначити дальність інформаційного каналу зв‘язку, що є важливим параметром при розрахунку і проектування топологій мереж ГІЕМ. Залежність довжин регенераційних ділянок Lmax від швидкості передачі інформації B, згідно (14) у системах зв‘язку на основі коаксіальних каналів і на основі волоконно-оптичних систем можна представити у вигляді графіку на рис.10. ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 17 Д о в ж и н а р е ге н е р а ц ій н о ї д іл я н к и L т а х , к м Рис.10. Залежність довжин регенераційних ділянок від швидкості передачі інформації: а-у коаксіальних системах зв‘язку; б-у волоконно-оптичних системах зв‘язку Фактично гранична інформаційна пропускна спроможність може бути визначена за формулою (13), а максимальна смуга пропускання каналу ГІЕМ на основі ОВ, як і у інших оптичних системах передачі на основі ОВ визначається в основному результуючим значенням дисперсії τзаг. [12, 13]: max . mod. 1 0.44 заг W τ τ = ≈ .Аналогічно (2.ХХ1), для N-кількості мультиплексованих інформаційних каналів: max max . mod. 0.44 N заг N N W N W τ τ = ⋅ = ≈ . (15) Для джерел оптичного випромінювання і фотоприймачів гранична інформаційна пропускна спроможність визначається частотою модуляції та демодуляції, відповідно mod max 0 1 2 f πω= , де max 0ω -максимальна циклічна частота джерела, або фотоприймача. Для визначення густини оптичної потужності, яка є критичною характеристикою для оптичного волокна, при передачі потужності (енергії) оптичним потоком можна використовувати формули (16) та (17), яка визначає поверхневу густину, тобто густини у поперечному перерізі оптичного волокна з ефективною площею Sеф=πr 2 серц і радіусом rсерц. при одиничній потужності одного спектру . iopt P λ . . . . 2 1 1 1. i i i N N N opt opt opt s i i ief clad P P P d ds r dr r λ λ λρ π π= = = = = = ⋅ ∑ ∑ ∑ . (16) Для об‘ємної густини ρVL в ІЕ каналах ГІЕМ довжиною L , можна записати співвідношення: 2 . . 1 1. . . i i N N opt opt VL i ief corn corn P P L S L r λ λρ π= = = = ⋅ ∑ ∑ . (17) Проінтегрувавши (17) можна досить чітко визначити об‘ємний розподіл поверхневої густини ρVL: . . . 1 1 ( , ) ( , ) i V opt ZN S l S l opt i dsdl P s l dsdl P s lλ ρ = = =∫ ∫ ∫ ∫ ∑ , (18) ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 18 де Рopt.Z.λі(s,l) – функція розподілу оптичної потужності у профілі оптичного волокна, яка є сумою потужностей спектрів каналів λі і=1..N, і може бути записана, як . . . 1 ( , ) ( , ) i N opt Z opt i P s l P s lλ = =∑ . Якщо розглядати граничні умови, при яких не відбувається вплив на саме оптичне волокно і його руйнація, то необхідним є введення параметру граничної густини оптичної потужності ρSопт. гр. Якщо позначити параметри матеріалу волокна (наприклад, для кварцу SiO2) через χ, ξ, ς (χ-параметр пропускання, ξ-поглинання, ς- твердість матеріалу), то необхідним є виконання умови: .. .. .. ... . .lim , , S lim pt S in opt t constρ ρ χ ξ ς →∞ = = . (19) Основним фактором, який обмежує швидкодію традиційних ВОЛЗ і інформаційну пропускну спроможність інформаційно-енергетичних оптичних каналів ГІЕМ є нелінійні ефекти, які, як зазначено в [14, 15] особливо істотно проявляються у волоконно-оптичних системах з спектральним ущільненням каналів. Врахування повного опису механізму впливу нелінійних ефектів є комплексною і складною задачею, вирішити яку вкрай важко. Тому для спрощення використовують наближення, які дозволяють не враховувати більшість нелінійних ефектів, що становлять найменший вплив. Взаємодія оптичних хвиль у волокні в більшій мірі залежить від ефекта чотирьоххвильового змішування (4ХЗ), ефектом Керра та вимушеного розсіювання Мандельштама і Бріллюена, вимушеного комбінаційного розсіювання (ВКР), [6, 15], що становить найбільший вплив при оптичному хвильовому мультиплексуванні. Сумарний вплив нелінійних ефектів при введенні групи оптичних частот у оптичне волокно можна оцінити за допомогою відомої залежності [16]: 2. . ef n P L N L S ⋅ ⋅ ≈ , (20) де згідно [16] N.L.-величина, яка характеризує сумарний вплив нелінійних ефектів у системах з хвильовим мультиплексуванням; n2 – коефіцієнт нелінійності; Р- вхідна оптична потужність; L- довжина волоконно-оптичної лінії; 2 . .ef Corn corn S S rπ= = - ефективна площа оптичного волокно, яка чисельно рівна площі його серцевини 2 .cornrπ . Аналізуючи залежність (20) можна помітити, що вплив більшості нелінійних ефектів прямопропорційний величині вхідної оптичної потужності Р і довжині волоконно-оптичної лінії L, та обернено пропорційний ефективній площі волокна ef S . Оскільки, величина впливу пропорційна вхідної потужності Р, що вводиться у ОВ для одного каналу (20), то ця величина буде пропорційною і до кількості N-кількості мультиплексованих каналів. Для N-кількості оптичних спектрів цих каналів можна записати (21): . . 2 2 2 2 2 . . ( , , ) . . N L r r ef corn серц A n N P L A n N P L A n N P I t z L N L S r rπ π ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ≅ = = , (21) ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 19 де AN.L. – коефіцієнт, який враховує характер прояву нелінійності при введення N-кількості оптичних спектрів у оптичне волокно і визначається експериментально. Оскільки при збільшенні ефективної площі оптичного волокна Sef, як в традиційних ВОЛЗ так і в волоконно-оптичних каналах ГІЕМ спостерігається зменшення величини взаємодії нелінійних ефектів, то для максимального її зменшення необхідно використовувати оптичне волокно з якомога більшою ефективною площею серцевини Sсерц., наприклад, волокно типу NZDSF MMF 200/1000, MMF 400/1000. В результаті моделювання в пакеті прикладних програм MathCAD згідно з (16), було отримано залежність (рис.11), яка ілюструє розподіл густини згідно спектрів інформаційних і енергетичних каналах. При цьому, за умови оптичного хвильового мультиплексування було задано відповідні оптичні потужності: 2-2.5 мВт для спектрів інформаційних каналів, та 2×10 2 -6×10 2Вт для спектрів енергетичних каналів. Рис. 11. Розподіл густини оптичної потужності для інформаційних та енергетичних спектрів На даній залежності чітко спостерігаються точки густини оптичної потужності енергетичних спектрів на 6-ти робочих довжинах хвиль λ1 =1480, λ2 =1530, λ3 =1540, λ4 =1550, λ5 =1560, λ6 =1570 на яких відбувається передача енергії по спеціалізованому оптичному волокну. Розподіл густини на графіку (рис.11) для спектрів інформаційних каналів не видно(точки які відповідають цим величинам максимально наближені до нуля на даній шкалі), оскільки різниця між потужностями енергетичних та інформаційних каналів складає п’ять порядків. Для ілюстрації густини оптичної потужності інформаційних трактів необхідним є зміна шкали залежності (рис.12). ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 20 Рис. 12. Розподіл густини оптичної потужності для інформаційних спектрів Інформаційні спектри вводились в оптичне волокно в результаті мультиплексування (CWDM) на 4-х довжинах хвиль λ1 =850, λ2 =1310, λ3 =1320, λ4 =1330 нм, що є характерним для волоконно-оптичних систем з невеликою дальністю передачі (L≤10км), де власне затухання сигналу у оптичному волокні не є настільки критичним. Для дослідження інформаційної пропускної спроможності розраховувалась значення середньоквадратичної ширини імпульсу δ для спеціалізованого багатомодового оптичного волокна MMF 400/1000мкм та у відповідністю із (13) розрахована смуга пропускання даного оптичного волокна (рис.13). Рис.13.Смуга пропускання оптичного волокна MMF 400/1000мкм Результати моделювання і розрахунків показали, що дане оптичне волокно має смугу пропускання на центальній спектальній лінії (1550нм) на рівні 687Мгц/км. Гранична оптична енергія введеного випромінювання у ОВ в одиничному каналі ГІЕМ буде визначатися сумою потужностей спектрів енергетичних каналів у часі і може бути визначена по сумі потужностей одиничних спектрів odiPλ , як: ∑ = ⋅= N i odi tPEg 1 λ Згідно цьому співвідношенню, при ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 21 математичному моделювання у пакеті MathCAD отримана діаграма граничної енергії при передачі світловим потоком через оптичне волокно на 8-ми довжинах хвиль інформаційних та енергетичних каналів ( λ1 = 850, λ2 = 1310, λ3 =1480, λ4 =1530, λ5 =1540, λ6 =1550, λ7 =1560, λ8 =1570 ) буде мати наступний вигляд (рис.14): Рис. 14. Отримана діаграма граничної енергії при передачі світловим потоком на 8-ми довжинах хвиль ( λ1 = 850, λ2 = 1310, λ3 =1480, λ4 =1530, λ5 =1540, λ6 =1550, λ7 =1560, λ8 =1570) На даній діаграмі видно, що розподіл граничної енергії для спектрів інформаційних та енергетичних каналів має розбіжну структуру, яка обумовлена тим, що оптичні канали на кожній визначеній довжині хвилі мають не чітко визначені спектральні смуги, а деякий розмитий спектр, що генерується джерелом випромінювання. При цьому максимуми граничної величини енергії (піки) зосереджені як раз в центрі спектральної ліній, що обумовлено тим, що центральні спектральні смуги мають найбільшу інтенсивність. Також в результаті дослідження, за умови взаємного розповсюдженні інформаційних та енергетичних оптичних каналів у одному оптичному волокні було отримано залежність коефіцієнту виникнення бітових помилок (рис.15). ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 22 Рис.15. Залежність коефіцієнту виникнення бітових помилок від значення середньоквадратичного шуму Із графіку видно, що значення бітової помилки у волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналах є порівняно більшим (гірші умови передачі) ніж у бінарних провідниках. Це обумовлено тим, що у цих каналах відбувається вплив на інформаційну оптичну складову з боку енергетичної, а також більше значення діаметру оптичного волокна (багатомодове спеціалізоване ОВ із значенням діаметру серцевини 200- 400мкм), що спричиняє більші оптичні втрати. Але такого значення коефіцієнту помилок BER цілком достатньо для здійснення оптичної передачі інформації на відстань до 10км. Для оцінки величини оптичних втрат у волоконно-оптичних інформаційно- енергетичних каналах були отримані залежності величин вихідної оптичної потужності при заздалегідь заданому коефіцієнту втрат а=20дБ/км для спеціалізованого багатомодового оптичного волокна типу MMF400/1000. Для інформаційної складової вхідна потужність Р0 задавалась у міліват (мВт) у діапазоні 5-20мВт, для енергетичної Р0 було задано у ватах (Вт) у діапазоні 40-400 Вт. Графік залежностей для вихідної потужності інформаційних оптичних каналів за умови, що вону передаються сумісно з оптичними енергетичними представлений на рис.16. ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 23 Рис.16. Графік залежностей для вихідних потужностей: а)- інформаційних; б) - енергетичних спектрів оптичних каналів Отримані залежності ілюструють і відтворюють процеси передачі, які можуть відбуватися у реальних системах, але для отримання необхідної точності математична модель процесу втрат потребує перевірки адекватності, зокрема при дослідженнях на діючому зразку волоконно- оптичної інформаційно-енергетичної лінії (імітаційна модель). Згідно (21) були отримані дані результатів моделювання у пакеті прикладних програм MathCAD комплексного впливу нелінійних явищ у волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів. Отримані залежності величин нелінійних явищ (умовн.од.) від потужності спектрів енергетичних каналів та від відстані передачі, яка задавалась на рівні L=10км. У другому випадку враховувалось, що кількість енергетичних каналів N=4 з одиничними потужностями Pод. =10 2Вт. Залежності величини комплексного впливу нелінійних явищ N.L. від рівня потужності представлена на рис.17, від довжини передачі на рис.18. Ці залежності несуть лінійних характер і показують, що величина нелінійних явищ N.L. є прямо пропорційною як до величини вхідної оптичної потужності Р так і до довжини каналу передачі L (і зростаючою). ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 24 Не лінійність виражається тільки по відношенню до самого світлового потоку (або для оптичного сигналу, якщо розглядається інформаційний канал), через зміну характеристик передачі середовища, тобто матеріалу оптичного волокна. ПРИНЦИПИ РОЗПОДІЛУ ІНФОРМАЦІЙНО-ЕНЕРГЕТИЧНИХ ПОТОКІВ Основні принципи обробки інформації у геоінформаційно-енергетичних системах були розроблені і визначені у [17]. Запропонована автором у [17] модель способу обробки інформації базується на паралельно-ієрархічному Q-перетворенні [7, 17] при обробці і передачі потоків інформації у ГІЕС, ГІЕМ. Згідно з цією моделлю передбачається виконувати паралельну обробку інформації і передачу її по волоконно-оптичному кабелю від центру обробки (центру керування ГІЕМ) до кінцевого вузла геоінформаціїно-енергетичної мережі, і навпаки згідно потоків запитів у мережі. Паралельно-ієрархічна модель обробки [17] і передачі передбачає стійке кодування і високошвидкісну обробку даних, що робить її придатною для застосування у геоінформаційно-енергетичних середовищах. Дані принципи відповідають концепціям створення більшості відомих геоінформаійно-енергетичних мереж і можуть використовуватись як базова модель розподілу. Спираючись на викладені твердження і формули у [17] для інформаційно- енергетичних потоків у оптичних ГІЕМ можна відмітити наступні твердження: 1. Інформаційні зв‘язки в ГІЕМ є двосторонніми (двонаправленими), а енергетичні – однонаправленими (від енергостанції до кінцевих і проміжних вузлів); 2. Кількість інформаційних зв‘язків наближено рівна кількості енергетичних, (забезпечення умови автономності, згідно концепції геоінофрмаційно-енергетичних технологій [6]) за виключенням відкритих оптичних каналів, що носять суто інформаційний характер; 3. Інформаційний обмін відбувається згідно процесу оброблення черги запитів двосторонньої направленості, енергетичний у відповідності напрямків надходження команд керування на органи управління енергетичним розподілом. На основі цього можна записати модель утворення і розподілу інформаційно-енергетичних потоків у оптичних геоінформаційно- енергетичних мережах. Якщо позначити через Finf(λi, t) - функцію розподілу інформаційних потоків мережі ГІЕМ, а через Fpow(λj, t) - функцію розподілу енергетичних потоків, відповідно через Pinf (λi), Ppow (λj)- імовірності їх виникнення, враховуючи пріоритети потоків λi i=1..N, λj i=1..M, (або як зазначено у [17] ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 25 - коефіцієнт необхідності зв’язку), N, M – кількості рівнів пріоритету для інформаційних та енергетичних потоків, тоді для інформаційної та енергетичної складової можна записати модель утворення і розподілу потоків: inf inf inf inf( , ) ( ( ) ( )) ( ) ( , ) ( ( ) ( )) ( ) i CENT i KINCEV i pow j powCENT j powKINCEV j pow F t N P N P P t F t M P M P P t λ λ λ λ λ λ = ⋅ + ⋅ ⋅  = ⋅ + ⋅ ⋅ , (22) де Pinf(t), Ppow(t)- імовірності виникнення потоків (запитів) в часі t; NinfCENT, MpowCENT – допустима кількість інформаційних та енергетичних потоків від центру керування ГІЕМ(ГІЕС); NinfKINCEV, MpowKINCEV – допустима кількість інформаційних та енергетичних потоків (запитів) від кінцевих та проміжних вузлів (пристроїв) ГІЕМ. Враховуючи, що виникнення інформаційно-енергетичних потоків ініціюється в і-й момент часу певною кількістю кінцевих пристроїв Nkinc init (ti) із всієї їх сукупності Nkinc init , а також з іншої сторони - центральними пристроями керування NCENT init (ti) із всієї їх сукупності NCENT із функціями розподілу імовірностей у часі FCENT init (Pinf-pow (λi), ti) – для центральних пристроїв та Fkinc init (Pinf-pow (λi), ti) – для кінцевих, можна записати імовірнісну модель, яка описує виникнення інформаційно-енергетичних потоків у часі і дає можливість визначити їх кількість: . . . . inf 0 ( ( ) ( ( ), )) ( ( ) ( ( ), )) ( ) lim i kinc init i kinc init i i CENT init i CENT init i i pow t CENT kinc N t F P t N t F P t N P N N λ λ λ− → ⋅ + ⋅ = + . (23) Якщо розглядати геоінформаційно-енергетичну мережу в спільному інформаційно-енергетичному полі, у якому інформація не роздільно пов‘язана з з енергією, то модель утворення і розподілу інформаційно- енергетичних потоків матиме вигляд: inf inf inf inf inf ( , , ) ( , ) ( , ) ( ( ) ( )) ( ) ( ( ) ( )) ( ) pow i j i pow j CENT i KINCEV i powCENT j powKINCEV j pow F t F t F t N P N P P t M P M P P t λ λ λ λ λ λ λ λ − = = = ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + + ⋅ ⋅ U U , (24) де Finf-pow(λi, λj, t) - функція розподілу інформаційно-енергетичних потоків мережі ГІЕМ. Якісним показником для оцінки динаміки завантаженості мережі ГІЕМ може бути усереднена функція розподілу інформаційно-енергетичних потоків F’inf- pow(λi, λj, t), яка характеризує динаміку росту завантаженості мережі ГІЕМ в часі і визначається інтегралом функції розподілу інформаційно-енергетичних потоків: inf inf inf 0 ' ( , , ) ( , , ( ( )))pow i j pow i j powF t F f P t dtλ λ λ λ ∞ − − − −∞ = ∫ , (25) де Pinf-pow(t)- імовірність виникнення інформаційно-енергетичних потоків в часі t; f( Pinf-pow(t))- функція розподілу ймовірностей. В силу того, що узагальнена структура оптичних ГІЕМ (рис.1) має ієрархічний характер, тобто всі інформаційно-енергетичні потоки мережі ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 26 зводяться до центру керування (який є центральним вузлом мережі), то аналізуючи залежність (22) можна стверджувати, що найбільша завантаженість буде саме у сегменті центра керування, оскільки як кількість рівнів пріоритету N, M , так і імовірності (по пріоритету ) Pinf (λi), Ppow (λj) в цьому сегменті будуть найбільшими. Функція розподілу інформаційно-енергетичних потоків Finf-pow(λi, λj, t) тут також матиме найбільші значення. Максимуми Finf-pow(λi, λj, t) характеризуватимуть стан завантаження як критичний для мережі ГІЕМ. Зважаючи на це, необхідним є використання в цих сегментах швидкісних магістральних ліній на основі бінарного провідника, який забезпечить як найбільші енергетичну і інформаційну пропускні спроможності, так і високу швидкість інформаційної передачі, що значно зменшить час затримки відповідно зменшить завантаженість мережі. ВИСНОВКИ В статті були приведені результати досліджень процесів інформаційно- енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах. В процесі вивчення оптичних ГІЕМ було розроблено математичний апарат опису процесів передачі інформації та енергії та проведено математичне моделювання в пакеті прикладних програм MathCAD. Було встановлено, що найбільші інформаційну та енергетичну пропускні спроможністі мають бінарні провідники, що обумовлює використання їх в магістральних сегментах. Волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали забезпечують повну гальванічну розв‘язку окремих вузлів і сегментів мережі і можуть використовуватись в локальних сегментах для передачі на невелику відстань ~10км для забезпечення максимальної автономності кінцевих вузлів в енергетичному плані. Останній тип каналів представляє велику цікавість і актуальність з наукової точки зору, оскільки у них паралельна передача як інформації, так і енергії здійснюється повністю оптичним способом на різних довжинах хвиль оптичного випромінювання. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Коноплянский Д.К. PLC - передача данных по электрическим сетям. Последняя миля // Вестник связи.- 2004- № 5, С. 5-7. 2. Кожем'яко В. П., Маліновський В.І., Кобзаренко Р.Л. Оптико- електронні інформаційно-енергетичні системи із застосуванням альтернативних джерел світлового випромінювання // Оптико- електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2006. - №1(11) – С.228-233. 3. Кожем‘яко В.П., Маліновський В.І. Принципи побудови та структурна організація каналів для повністю оптичних геоінформаційно-енергетичних мереж // Вісник ВПІ.-2008.-№1-С.95-101. 4. Кулик Т.К., Прохоров Д. В. Методика сравнительной оценки работоспособности лазерных линий связи.// Технология и средства связи.- 2000.- №6, с.8-10. 5. Клоков А.В. Беспроводная оптическая связь – Мифы и реальность. Технология и средства связи,2000, №6, с. 12-16. 6. Кожем’яко В.П., Маліновський В.І. Структурна організація каналів для повністю оптичних геоінформаційно-енергетичних мереж. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2007. – №2. – С. 42-44. ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО- ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 27 7. В.П.Кожем‘яко, О.Г. Домбровський, І.Д. Івасюк, О.В. Шевченко, С.В. Дусанюк, С.С. Білан, А.В. Кожем‘яко. Оптико–електронна геоінформаційно–енергетична система тотального тестування і оптимального управління науково–освітянськими і бібліотечними ресурсами для створення і розвитку централізованої бази знань // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології.- 2006.-№1(9),С. 5-11. 8. О.Н. Крохин. Передача электрической энергии посредством лазерного излучения // Успехи физических наук .-2006.-№4,Т.176, С441-444. 9. Matthew Heino, Robert Saethre. Photonic power delivery through optical fiber using very high power laser diode arrays // SPIE Optics, Electro-optics & Laser Conference, Los Angeles CA, Jan.24-28, 2007; Laser Power Beaming , SPIE Proceedings Vol.2121, 252-255. 10. А.Н.Качемцев, В.К.Киселев, Г.Н.Семьин, А.Н.Труфанов. Гибридная оптическая система питания электронных устройств / Труды второго совещания по проекту НАТО SfP-973799 Semiconductors.Нижний Новгород, 2002, С.165-170. 11. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.: Наука, Гл. ред. физ. мат. лит.,1989. 504 с. 12. Л.М.Андрушко, И.И.Гроднев, И.П.Панфилов.Волоконно-оптические линии связи.-М.:Радио и связь, 1984.-135с. 13. Дж.Гауєр Оптические системы связи: Пер. с англ.-М.: Радио и связь, 1989.-504с. 14. Е.М.Дианов. На пороге Тера-эры // Квантовая электроника.-2000.- №8(30), С.659-663. 15. М.П.Петров. Световолокна для оптических линий связи. Часть 2 // Соросовский образолвательный журнал.-1997.-№12,С.100-105. 16. Dashkov M.V. The application of different fiber types -in optical multiplexing systems / Optoelectronic Information-Energy Technologies, 24-26April,2001VSTU,p.185. 17. Шевченко О.В. Паралельно-ієрархічні методи передачі та обробки інформації у автоматизованій геоінформаційно-енергетичні системі:дис.канд.техн.наук:спец.0513.06 / Шевченко Ольга Вікторівна.-К., 2006.171 с. Надійшла до редакції 05.10.2008р. МАЛІНОВСЬКИЙ ВАДИМ ІГОРЕВИЧ – аспірант, інженер кафедри лазерної та оптоелектронної техніки, Вінницький національний технічний університет, Вінниця, Україна , тел.: 8 (0432)58-63-25, E-mail: tirexlink@mail.ru
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32206
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1681-7893
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T17:20:55Z
publishDate	2008
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
record_format	dspace
spelling	Маліновський, В.І. 2012-04-13T23:53:40Z 2012-04-13T23:53:40Z 2008 Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах / В.І. Маліновський // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. — 2008. — № 2 (16). — С. 207-222. — Бібліогр.: 18 назв. — укp. 1681-7893 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32206 681.3.021 Приведено принципи та математичні моделі, які описують процеси передачі інформації та енергії у оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах (ГІЕМ). Наведено результати досліджень, а саме математичного моделювання процесів у волоконно-оптичних каналах ГІЕМ. The principles and mathematics models for information-power transmition in geoinformationpower networks (GIPN) were presented. Results of research have been submitted, as mathematics simulation of processes in fiber optical channel of GIPN. uk Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології Волоконно-оптичні технології в інформаційних (Internet, Intranet тощо) та енергетичних мережах Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах Article published earlier
spellingShingle	Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах Маліновський, В.І. Волоконно-оптичні технології в інформаційних (Internet, Intranet тощо) та енергетичних мережах
title	Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах
title_full	Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах
title_fullStr	Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах
title_full_unstemmed	Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах
title_short	Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах
title_sort	технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах
topic	Волоконно-оптичні технології в інформаційних (Internet, Intranet тощо) та енергетичних мережах
topic_facet	Волоконно-оптичні технології в інформаційних (Internet, Intranet тощо) та енергетичних мережах
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32206
work_keys_str_mv	AT malínovsʹkiiví tehnologííínformacíinogotaenergetičnogoobmínuvoptičnihgeoínformacíinoenergetičnihmerežah

Технології інформаційного та енергетичного обміну в оптичних геоінформаційно-енергетичних мережах

Institution

Similar Items