555_Innovatsii_inauchno-tekhnicheskoe_tvorchestvo_molodezhi2014_

Для создания беспроводной ad hoc сети задаются свойства мобильного узла, которые отличают его от проводной сети, например передвижение. Для этого определяют набор переменных: тип канала, модель распространения волн, тип интерфейса сети, тип MAC, тип очереди интерфейса, тип уровня связи (Linklayer), модель антенны, протокол маршрутизации. Далее создается конфигурация узла, а затем и сами узлы, агенты, параметры трафика, atсобытия, файлы трассировки и другие команды. На рисунке ниже представлен график производительности канала, полученный в результате симуляции.

Рисунок – Производительность канала, Мбит/с

В докладе рассмотрены вероятностно-временные характеристики беспроводной ad hoc сети, состоящей из 9 узлов, при различных дисциплинах обслуживания очередей.

АНАЛИЗ ВЕРОЯТНОСТНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОТОКОЛОВ СВОБОДНОГО ДОСТУПА К БЕСПРОВОДНЫМ СРЕДАМ

Чирухин А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Дроздова В.Г., доцент СибГУТИ

Использование радиоинтерфейса в качестве среды передачи данных поставило множество новых задач, связанных, в частности, с организацией множественного доступа территориально распределенных абонентов к беспроводной среде. Первыми методами доступа к беспроводной среде считаются протоколы Aloha и Slotted-Aloha [1-2], описанные еще в 1970 г.

Это способы случайного доступа. При этом источники передают пакеты одинаковой длины по радиоканалу на центральный ретранслятор, который передает их обратно широковещательно для всех абонентов. Коллизии,

91

возникающие на входе в ретранслятор, приводят к искажению пакетов. Источники по искажению пакетов обнаруживают конфликт и повторяют передачу пакетов со случайным сдвигом во времени. Главный недостаток способа методов ALOHA – высокие затраты на повторные передачи пакетов, которые приводят к тому что емкость канала (коэффициент полезной загрузки) оказывается весьма низкой – 0,18 для простой Aloha и C=1/(2e) ≈ 0,368 – для слотированной.

Однако при этом необходимо принять во внимание и главное достоинство методов случайного доступа к среде ALOHA – малые задержки передачи при минимальной загрузке канала, - что позволяет их использовать и по сей день (например, в спутниковых системах).

В рамках данной работы была выполнена имитационная модель, симулирующая протоколы случайного доступа. Ниже представлены сравнительные характеристики двух протоколов – зависимость времени задержки от интенсивности входной нагрузки (рисунок).

Рисунок - Зависимость времени задержки от интенсивности входной нагрузки для протоколов свободного доступа к среде Aloha и Slotted-Aloha

Очевидно, что основное влияние на характеристики свободного доступа оказывает количество коллизий. Из графиков видно, что увеличение числа пакетов приводит к увеличению количества коллизий. Следует отметить что в первой имитационной модели нагрузка не превышает 0.2 Эрл, а во второй 0.4 Эрл, это означает, что дальнейшая работа при такой нагрузке невозможна, так как количество повторяющихся передач начинает зашкаливать.

Особую благодарность выражаю преподавателю В.Г.Дроздовой за помощь поставленной задачи и отличную бодрость духа.

92

Литература:

1.Мархасин А. Б., «Архитектура радиосетей передачи данных», Новосибирск, Наука, 1984 г., 144 с.

2.Abramson, N. (1970) The ALOHA System – Another Alternative for Computer Communications, AFIPS Conference Proceedings, Vol. 37, pp.281-285, November, 1970.

3.Metcalfe, Robert M. and Boggs, David R. (1976), Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks, Communications of the ACM, Vol. 19, No. 7, July 1976.

ПРОТОКОЛЫ VPN-СЕТЕЙ

Якушев И.Ю.

NVision Group, СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель –Марамзин В.В., ст.преподаватель СибГУТИ

Виртуальные частные сети (VPN) предоставляют организациям доступ к сетевым услугам, таким как Интернет и передача данных по магистральным сетям провайдера. Основной услугой провайдера магистральной сети является передача трафика между несколькими виртуальными частными сетями по магистральной сети.

Ввиртуальных частных сетях используются следующие протоколы: Site- to-Site VPN (соединение между VPN-сетями) и Remote Access VPN (удаленно доступные VPN-сети). Описание этих протоколов приведено ниже, а их классификация отображена на рисунке.

Протоколы, используемые для соединения VPN-сетей (Site-to-SiteVPN)

ВVPN-сетяхSite-to-Site трафик беспрепятственно проходит через граничные устройства клиента или через граничные устройства провайдера. В VPN-сетях Site-to-Site используются следующие протоколы:IPSecurity (IPsec), Generic Routing Encapsulation (GRE), Layer Two Tunneling Protocol версии 3 (L2TPv3), Draft Martini (для виртуальных устройств), IEEE 802.1Qtunneling (Q- in-Q) и MPLS Label Switched Paths (LSP). Ниже приведено описание каждого протокола.

Протокол IPsec– протокол IPsec состоит из набора протоколов, обеспечивающих защиту трафика, проходящего через шлюзы безопасности или узлы, как это происходит в IP-сети. Туннели на основе протокола IPsec часто используются для соединения VPN-сетей между граничными устройствами пользователей.

Протокол GRE –протокол GRE используется для построения туннелей и передачи инкапсулированных пакетов через граничные устройства пользователя VPN-сетей. ПротоколGRE является незащищенным протоколом, однако туннели на основе такого протокола могут быть защищены с помощью

IPsec.

Протокол DraftMartini (передача данных поверх MPLS) – протокол DraftMartini позволяет создать соединение точка-точка для таких протоколов

93

как FrameRelay, ATM, Ethernet, EthernetVLAN (802.1Q), High-Level Data Link Control (HDLC) и протокола Point-to-Point Protocol (PPP) поверх MPLS.

Протокол L2TPv3–протокол L2TPv3 осуществляет соединение точка-точка для таких протоколов как FrameRelay, ATM, Ethernet, EthernetVLAN, HDLC и PPP поверх магистральной IP-сети.

Протокол IEEE 802.1Qtunneling–протокол 802.1Q позволяет создать провайдеру туннель на основе Ethernet (802.1Q) для передачи данных пользователя по общей магистральной сети, при этом в пакет добавляется один тег протокола 802.1Q.

Протокол MPLS LSP– в протоколе LSP соединение происходит между маршрутизатором с коммутацией по меткам (LSR) и MPLS-сетью. Передача пакетов основана на метках, добавляемых к пакетам. Пакеты данного протокола передаются с помощью протокола распределения меток (LDP) или протокола резервирования сетевых ресурсов (RSVP).

Протоколы, используемые для удаленного доступа к VPN-сетям

(RemoteAccessVPN)

Ктаким протоколам относятся следующие:

Протокол Layer Two Forwarding (L2F) является собственным протоколом компании Cisco, который разработан для туннелирования пакетов между сервером удаленного доступа (NAS) и шлюзом VPN-сети. Пользователи удаленно подключаются к серверу NAS, и пакеты от пользователя проходят по туннелю к шлюзу VPN-сети.

Протокол Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP)– это протокол,

который был разработан несколькими компаниями, включая

Microsoft, 3Com и AscendCommunications. Также как и протокол L2F,

протокол PPTP осуществляет передачу пакетов пользователя между сервером NAS и шлюзом VPN-сети, создавая туннель напрямую от

пользователя до шлюза.

Пакеты, передаваемые по туннелям на основе протокола PPTP, часто защищаются с помощью шифрования Microsoft Point-to-Point Encryption (MPPE).

Протоколы TheLayer 2 TunnelingProtocol версии 2 и 3 (L2TPv2/L2TPv3)

являются стандартом IETF и состоят из лучших параметров протоколов L2F и PPTP. Протокол L2TP позволяет напрямую передавать пакеты пользователя, использующего удаленный доступ, через сервер NAS к шлюзу VPN-сети.

Протокол L2TP имеет ограничение по безопасности и часто защищается с помощью протокола IPsec.

Протокол IPsec – также как и для VPN-сетейSite-to-Site, протокол IPsec используется для безопасной передачи данных между пользователями, использующими удаленный доступ из дома или через мобильные средства, и шлюзом VPN-сети.

Протокол Secure Sockets Layer(SSL) является протоколом безопасности, который первоначально был разработан компанией Netscape Communications (SSL версии 1, 2 и 3) и обеспечивает безопасный удаленный доступ для

94

мобильного или домашнего использования. В сравнении с протоколами L2F, PPTP, L2TPv2 или IPsec, функциональность протокола SSL может быть ограничена, если не установлено дополнительное программное обеспечение для удаленного доступа к VPN-сетям. В этом и заключается преимущество данного протокола – не нужно никакое специальное клиентское программное обеспечение, так как протокол SSL включен в каждый веб-браузер.

Более функциональные возможности могут быть добавлены в протокол SSL при установке конкретного программного обеспечения на устройство пользователя.

Протокол TransportLayerSecurity (TLS) описан в стандарте IETF,подобен протоколуSSLv3.

Рисунок – Протоколы виртуальных частных сетей[1]

Протоколы VPN-сетей являются экономически выгодными и надежными, позволяют защитить данные, передаваемые как между VPN-сетями, так и между VPN-сетью и пользователем. Таким образом, они обеспечивают безопасный доступ к ресурсам организации из любой точки мира, имеющей подключение к сети Интернет.

Литература:

4. LewisMark. “Comparing, Designing, And Deploying VPNs”. Cisco Press,

2006. – 1080 p.

95

Секция 4

СТРОИТЕЛЬСТВО ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СОЛИТОНОВ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ

Бурханова В.Р.

УрТИСИ филиал СибГУТИ, Екатеринбург e-mail:veronichka0893@yandex.ru

Научный руководительГорлов Н.И., профессор СибГУТИ

Солитоном называют весьма необычное образование - "уединенную" волну. Механизм ее возникновения долгое время оставался загадкой для исследователей; казалось, что природа этого явления противоречит хорошо известным законам образования и распространения волн. Ясность появилась сравнительно недавно, и сейчас изучают солитоны в кристаллах, магнитных материалах, волоконных световодах, в атмосфере Земли и других планет, в галактиках и даже в живых организмах. Оказалось, что и цунами, и нервные импульсы, и дислокации в кристаллах (нарушения периодичности их решеток) - все это солитоны.

Использование оптических солитонов, сохраняющих свою форму при распространении, позволяет осуществить полностью оптическую передачу сигнала на расстояния до 5-6 тысяч километров. Однако на пути создания "солитонной линии" имеются существенные трудности, которые удалось преодолеть только в самое последнее время. Подходящая солитонная технология создавалась в течение ряда лет под руководством Линна Молленауэра, ведущего специалиста Отдела оптических технологий фирмы "Белл". В основу этой технологии легла разработка оптических волокон с управляемой дисперсией, позволившая создать солитоны, форма импульсов которых может поддерживаться неограниченно долго.

Метод управления состоит в следующем. Величина дисперсии по длине волоконного световода периодически изменяется между отрицательным и положительным значениями. В первой секции световода импульс расширяется и сдвигается в одном направлении. Во второй секции, имеющей дисперсию противоположного знака, происходят сжатие импульса и сдвиг в обратном направлении, в результате чего его форма восстанавливается. При дальнейшем движении импульс опять расширяется, затем входит в следующую зону, компенсирующую действие предыдущей зоны, и так далее - происходит циклический процесс расширений и сжатий. Импульс испытывает пульсацию по ширине с периодом, равным расстоянию между оптическими усилителями обычного световода - от 80 до 100 километров. В результате, по заявлению Молленауэра, сигнал при объеме информации более 1 терабита может пройти без ретрансляции по меньшей мере 5 - 6 тысяч километров со скоростью

96

передачи 10 гигабит в секунду на канал без каких-либо искажений. Подобная технология сверхдальней связи по оптическим линиям уже близка к стадии реализации.

ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ МОДОВОЙ ДИСПЕРСИИ

Грудяенко Е.А.

УрТИСИ филиал СибГУТИ, Екатеринбург e-mail: nevermor@mail.ru

Научный руководитель – Горлов Н.И., профессор СибГУТИ

Главная физическая причина появления PMD – некруглость профиля сердцевины одномодового волокна. Электрическое поле световой волны всегда можно представить в виде суперпозиции двух ортогональных векторов или состояний поляризации SOP (State of Polarization), причем сделать это можно разными способами (например, две линейные поляризации с ортогональными векторами поляризации, или две круговые поляризации с противоположными направлениями вращения).

Для анализа свойств поляризации светового сигнала наиболее часто используют параметры Стокса, которые позволяют представлять не только поляризованный, но частично поляризованный свет, т.е. свет, имеющий как поляризованную, так и естественную компоненту. Параметры Стокса описывают световой сигнал в энергетическом представлении, что дает дополнительное удобство при экспериментальном исследовании – ток фотоприемника пропорционален мощности принимаемого оптического излучения.

Методы измерения PMD

Для измерения PMD используют различные методы [1, 2]. Волновые поляриметрические методы – такие как анализ собственных значений матрицы Джонса JME (Jones-Matrix-Eigenanalysis), метод сферы Пуанкаре PS (Poincaré Sphere) – позволяют наблюдать функциональную зависимость дифференциальной групповой задержки (DGD) от частоты (длины волны) света. Анализируется изменение вектора поляризационной дисперсии на выходе тестируемого устройства по мере изменения частоты входного излучения. Модуль этого вектора в точности равен дифференциальной групповой задержке dt, а его направление позволяет определить главные состояния поляризации тестируемого элемента системы (волокна). Поляризационная модовая дисперсия PMD определяется методом наименьших квадратов величин dt, для различных длин волн. Оба метода JME и PS требуют проведения полных измерений состояний поляризации как на выходе системы, так и на входе. Три стоксовых параметра измеряются как функции частоты света. Наряду с этим широко используется метод анализа PMD: метод волнового сканирования WSFA (Wavelength-Scanning Fixed Analyzer) и

интерферометрический метод IM (Interferometric Methods). В этих методах

97

измеряется проекция состояния поляризации SOP вдоль одной оси, которая является характеристикой измерительного прибора для быстрого определения PMD. Однако при измерении часть информации теряется, так как проекция SOP на другие оси не вычисляется. Это довольно сильный недостаток методов при исследовании очень малых значений PMD (<50 фс) – на этих масштабах времен в исследуемой среде проявляются взаимные и случайные связывания мод. С другой стороны методы IM значительно менее чувствительны к вибрации, возникающей при измерении PMD в полевых условиях.

В настоящее время в мире ведутся серьезные исследования вопросов компенсации PMD. Применительно к системам DWDM, возникает задача компенсации PMD не одной заданной длины волны, а сложного многоволнового сигнала, занимающего спектр в несколько десятков нм.

ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ МОДОВОЙ ДИСПЕРСИИ (PMD).

Губанов В.В. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: vladislav_gubanoff@mail.ru

Научный руководитель – Горлов Н.И., профессор СибГУТИ

В ходе научно-технического прогресса, с возрастающей необходимостью использования новых методов, для достижения больших результатов, потребовалось использовать колоссальное количество информации, и при этом была необходимость передачи этой информации на большие расстояния, за минимально возможное количество времени. Это и стало одной из предпосылок создания новых способов передачи информации. Одновременно с появлением новых технологий выявляются недостатки применения таких методов.

Одним из таких примеров, явилось появление эффекта поляризационной модовой дисперсии. Причина появления такого эффекта, заключается в желании увеличить скорость передачи информации в оптоволокне, но при этом выяснилось, что при увеличении дальности между адресатом и получателем, увеличивалось и негативное влияние. Основным проявлением PMD заключается в нарушении профиля сердцевины одномодового оптоволокна.

Измерение уровня PMD стало очень значимым параметром, благодаря которому возможно производить настройку производство волокон. После прокладки кабеля возможно влияние различного рода воздействий, из-за которых показатели оптоволокна могут испытать значительные отклонения от паспортных данных, а измерение, в свою очередь, позволяет исправить возникшее отклонение.

Для измерения величины PMD, используют несколько методов:

Метод сферы Пуанкаре заключается в фиксации значения состоянии поляризации на входе волокна, будем измерять значение

98

поляризации на выходе, и оно является функцией частоты и подчиняется дифференциальному уравнению.

Метод сканирования длин волн, основан на том, что свет от оптического источника излучения поступает на вход тестируемого волокна и затем на поляризатор-анализатор, и только после этого на оптический спектральный анализатор. Для определения значения PMD, измеряется средний период наблюдаемых модуляций интенсивности.

Интерферометрический метод, в котором в исследуемое волокно подается сигнал от широкополосного источника излучения, за которым идет поляризатор или от светодиода, излучающего свет определенной линейной поляризации. Сигнал, переданный через тестируемое волокно, анализируется посредством интерферометра Майкельсона.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКС

Ключникова А.Ю., Равилов Д.Г. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель - Бутенков В.В., профессор СибГУТИ

При прокладке, монтаже и эксплуатации оптические кабели связи (ОКС) наиболее подвержены механическим нагрузкам: растяжениям, сжатиям (сдавливаниям), изгибам, кручениям, вибрациям. В результате механических воздействий в оптических волокнах и конструктивных элементах ОКС возникают деформации и напряжения, которые приводят к ухудшению передаточных характеристик (увеличению затухания).

Механические характеристики ОКС играют важную роль для надежного функционирования связи. Результаты измерения механических характеристик свидетельствуют о состоянии и способности к надежной работе ОКС. На кабельных заводах для измерения механических характеристик используются сложные и дорогостоящие разрывные машины, установки для испытания на растяжение и устройства для испытания на изгиб.

В процессе обучения незаменимую помощь оказывают компьютерные лабораторные работы. В докладе подробно рассмотрены разработка и постановка компьютерных лабораторных работ «Исследование деформации растяжение-сжатие» и «Исследование деформации изгиб». Лабораторные работы позволяют:

-ознакомиться с механическими характеристиками различных материалов;

-изучить виды нагрузок, деформаций и напряжений;

-выполнить компьютерное моделирование экспериментов и измерений;

-обработать результаты измерений в табличном и графическом видах. Разработанные лабораторные работы помогут студентам факультетов МТС

иМРМ в изучении дисциплины Прикладная механика и послужат основой для новых лабораторных работ и методических указаний к ним.

99

НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ

Кузнецов К.А.

УрТИСИ филиал СибГУТИ, Екатеринбург e-mail: Dinsarn@gmail.com

Научный руководитель – Горлов Н.И., профессор СибГУТИ

Создание нелинейной оптики связано с разработкой принципиально новых мощных источников излучения оптических квантовых генераторов (лазеров). При их использовании достигается свет большой интенсивности, но возникают эффекты самовоздействия - изменение исходных свойств вещества под действием распространяющегося в нем света. Поскольку нелинейные эффекты в оптических волокнах являются главной преградой на пути к повышению пропускной способности линий передач, их исследование актуально и с экономической точки зрения.

Впервые серьезное внимание на нелинейные эффекты обратили при подводной прокладке международного трансатлантического волоконнооптического кабеля, предназначенного для передачи высокоскоростной цифровой информации. В 2002 году исследователи Bell Laboratories теоретически обосновали, что предельно достижимая скорость передачи цифровой информации по одному ОВ с учетом реальных технологических достижений на сегодняшний день составляет около 100 Тбит/с. В реальных же системах DWDM скорость не превышает 16-20 Тбит/с. Объясняется это, в первую очередь, возникновением нелинейных эффектов.

Косновным нелинейным эффектам относятся:

Нелинейное преломление. Вызвано зависимостью показателя преломления сердцевины волокна от интенсивности оптического сигнала. Когда интенсивность сигнала достаточно велика, ее колебания приводят к фазовой самомодуляции (ФСМ) и фазовой кросс-модуляции (ФКМ). В первом случае сигнал воздействует сам на себя, во втором - на сигнал в другом канале;

Вынужденное рассеяние. При воздействии мощным источником излучения происходит модуляция параметров среды, что приводит к амплитудной модуляции рассеянного света и появлению в нем новых спектральных компонентов. Различают вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР, Рамановское) и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ). ВКР связано с возбуждением новых колебательных и вращательных энергетических уровней частиц среды, а ВРМБ - с появлением в среде гиперзвуковых волн;

Четырехволновое смещение. Является одним из самых вредных нелинейных оптических явлений в системах WDM. При достижении критического уровня мощности излучения лазера нелинейность волокна приводит к взаимодействию трех волн с частотами ωi, ωj, ωk и появлению новой четвертой волны на частоте ωi ± ωj ± ωk, что

100