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RONJA

Un solo LED de alto brillo con una lupa barata crea un haz estrecho y brillante [1] que puede transmitir videos con calidad de DVD a través de los alrededores. Unos pasos hacia un lado y el haz estrecho se vuelve invisible.
Twibright Ronja con lentes de 130 milímetros (5,1 pulgadas) de diámetro, que opera en un enlace de 1205 metros (1318 yardas) utilizando luz roja visible, alcance máximo de 1300 metros (1400 yardas), con LED de transmisión HPWT-BD00-E4000. Instalado en un tejado, con su usuario, en la República Checa. [2] [3]
Tres pernos precargados con bloques de goma rosa facilitan el ajuste fino de la dirección del cabezal óptico con una relación de engranaje de 1:300. [1] El perno del lado derecho es parte de un mecanismo de ajuste aproximado que permite apuntar el cabezal óptico en prácticamente cualquier dirección.
Imagen mejorada artificialmente de una situación en la que un enlace de Ronja deja de funcionar debido a una densa niebla

RONJA ( Acceso óptico cercano razonable ) es un sistema de comunicación óptica en el espacio libre desarrollado en la República Checa por Karel Kulhavý de Twibright Labs. Lanzado en 2001. Transmite datos de forma inalámbrica utilizando haces de luz . Ronja se puede utilizar para crear un enlace punto a punto Ethernet dúplex completo de 10 Mbit/s . Se estima que se han construido entre 1.000 y 2.000 enlaces en todo el mundo. [4]

La configuración básica tiene un alcance de 1,4 km (0,87 mi). El dispositivo consta de un tubo receptor y transmisor (cabezal óptico) montado en un soporte ajustable y resistente. Se utilizan dos cables coaxiales para conectar la instalación en el tejado con un traductor de protocolo instalado en la casa cerca de un ordenador o un conmutador . Al duplicar o triplicar el tubo transmisor, el alcance se puede ampliar a 1,9 km (1,2 mi).

Las instrucciones de construcción, los planos y los esquemas se publican bajo la Licencia de Documentación Libre de GNU y el desarrollo se realiza únicamente con herramientas de software libre . El autor denomina a este nivel de libertad "Tecnología controlada por el usuario". [5] Ronja es un proyecto de Twibright Labs.

Fabricar

Las instrucciones de construcción están escritas teniendo en mente a un constructor sin experiencia. Se explican operaciones básicas como taladrar , soldar , etc. [6] Se emplean varias técnicas (plantillas de taladrado, [7] comprobaciones detalladas después de soldar, [8] [9] [10] [11] procedimientos de prueba [12] [13] [14] ) para minimizar los errores en lugares críticos y ayudar a acelerar el trabajo. Las placas de circuito impreso se pueden descargar listas para fabricar, con instrucciones para la casa de fabricación. [15] [16] Las personas sin experiencia previa en la construcción de dispositivos electrónicos han informado en la lista de correo que el dispositivo funcionó en el primer intento.

Se han registrado 154 instalaciones en todo el mundo en una galería con datos técnicos e imágenes. [2]

Rango

Con la variante más brillante del LED HPWT-BD00-F4000 de Lumileds y lentes de aumento económicas de 130 mm de diámetro, el alcance es de 1,4 km (0,87 mi). [5] [17] La ​​variante E4000 del HPWT-BD00, más tenue pero más asequible, alcanza los 1,3 kilómetros (0,81 mi). [18] La velocidad es siempre de 10 Mbit/s en dúplex completo independientemente de la distancia.

Modelos

Limitaciones

Por definición, es esencial que haya una visibilidad clara entre el transmisor y el receptor. Si el haz se ve obstaculizado de alguna manera, el enlace dejará de funcionar. Por lo general, pueden surgir problemas en condiciones de nieve o niebla densa . [20] [21] Un dispositivo pesa 15,5 kg (34 lb) [1] y requiere 70 horas de tiempo de construcción. [22] Requiere la capacidad de configurar el dúplex completo manualmente en la tarjeta de red o el conmutador para aprovechar el dúplex completo, [23] ya que no admite la negociación automática . [1] Debe conectarse directamente a la PC o al conmutador mediante el cable Ethernet integrado de 1 metro (3 pies 3 pulgadas). [1]

Tecnología

Diagrama de bloques de un sistema RONJA full duplex.

Un sistema RONJA completo se compone de 2 transceptores : 2 transmisores ópticos y 2 receptores ópticos . Se ensamblan de forma individual o en combinación. El diseño completo del sistema se muestra en el diagrama de bloques .

Receptor óptico – Etapa preamplificadora

Mapa que muestra la distribución de las 153 instalaciones registradas de RONJA a 1 de octubre de 2007. Basado en datos disponibles en el sitio web oficial de RONJA

El enfoque habitual en los preamplificadores FSO (Free Space Optics) es emplear un amplificador de transimpedancia . Un amplificador de transimpedancia es un dispositivo de banda ancha de alta velocidad muy sensible que cuenta con un bucle de retroalimentación . Este hecho significa que el diseño está plagado de problemas de estabilidad y se debe realizar una compensación especial de la capacitancia del diodo PIN , por lo tanto, esto no permite la selección de una amplia gama de fotodiodos PIN baratos con capacitancias variables.

Sin embargo, Ronja utiliza un diseño sin retroalimentación [8] donde el PIN tiene una alta resistencia eléctrica de trabajo (100 kilohms ) [8] que junto con la capacitancia de entrada total (aproximadamente 8 pF, 5 pF PIN y 3 pF [24] cascode MOSFET de entrada ) hace que el dispositivo funcione con una banda de paso en una pendiente de 6 dB/oct de paso bajo formada por la resistencia de trabajo del PIN y la capacitancia de entrada total. [25] [26] Luego, la señal se amplifica inmediatamente para eliminar el peligro de contaminación por ruido de señal , y luego se realiza una compensación de la pendiente de 6 dB/oct mediante un elemento derivador en los pines de programación [27] de un amplificador de video NE592. [28] [26] Se obtiene una característica sorprendentemente plana. Si el diodo PIN está equipado con una resistencia de trabajo de 3 kΩ para funcionar en modo de banda plana, el rango se reduce a aproximadamente un 30% debido al ruido térmico de la resistencia de 3 kΩ.

Transmisor óptico: controlador LED infrarrojo Nebulus

El LED infrarrojo HSDL4220 no es adecuado originalmente para funcionar a 10 Mbit/s. Tiene un ancho de banda de 9 MHz [29] , mientras que los sistemas modulados por Manchester a 10 Mbit/s necesitan un ancho de banda de alrededor de 16 MHz. El funcionamiento en un circuito habitual con accionamiento de corriente provocaría una corrupción sustancial de la señal y una reducción del alcance. Por lo tanto, Twibright Labs desarrolló una técnica de accionamiento especial que consiste en accionar el LED directamente con una salida de compuerta 74AC04 de 15 veces en paralelo con un voltaje de RF aplicado sin límite de corriente directamente al LED a través de grandes condensadores [30] . Como el voltaje para mantener la corriente promedio nominal del LED (100 mA) varía con la temperatura y las tolerancias de los componentes, se coloca una resistencia de detección de corriente con derivación de CA en serie con el LED. Un bucle de retroalimentación mide el voltaje en esta resistencia y lo mantiene en un nivel preestablecido variando el voltaje de suministro de las compuertas 74AC04. Por lo tanto, el 74AC04 nominalmente digital [31] funciona como un interruptor CMOS de potencia estructurado completamente en modo analógico.

De esta manera, la unión del LED se inunda y se limpia de portadores lo más rápido posible, básicamente mediante una descarga de cortocircuito . Esto aumenta la velocidad del LED al máximo, lo que hace que la señal óptica de salida sea lo suficientemente rápida para que la relación alcance/potencia sea la misma que con el LED rojo más rápido HPWT-BD00-F4000. Los efectos secundarios de esta brutal técnica de control son: 1) el LED se sobreimpulsa al comienzo de impulsos más largos (5 MHz/1 MHz) hasta aproximadamente el doble de brillo. Se midió que esto no tiene ningún efecto adverso en el alcance. 2) Un banco de condensadores cerámicos de bloqueo que respalda la matriz de conmutación 74AC04 es crucial para un funcionamiento correcto, porque la carga y descarga del LED se realiza mediante cortocircuito. El dimensionamiento insuficiente de este banco hace que los bordes delantero y trasero de la salida óptica se alarguen.

Transceptor – Ronja Twister

Ronja Twister es una interfaz electrónica para el enlace de datos ópticos en el espacio libre basada en chips contadores y registros de desplazamiento. Es parte del diseño de Ronja. Es efectivamente un transceptor Ethernet óptico sin la parte de la unidad óptica. [32]

El diseño original fue reemplazado por Twister2, pero el circuito lógico siguió siendo el mismo. [33]

Enfoque de hardware de código abierto

Soderberg, estudiando a Ronja sociológicamente, escribe: "Podría decirse que el primer proyecto que reivindicó los métodos y esquemas de licencias del desarrollo de software libre, aplicó esas prácticas al desarrollo de hardware abierto y logró una tecnología de vanguardia sin ningún respaldo de universidades o empresas, fue el proyecto Ronja". [34]

Toda la cadena de herramientas está construida estrictamente sobre herramientas libres [35] y los archivos fuente se proporcionan, de forma gratuita, bajo la licencia GPL . [36] Esto permite que cualquiera pueda participar en el desarrollo, comenzar a fabricar o invertir en la tecnología sin costes de entrada . Dichos costes normalmente pueden incluir costes de licencia de software , inversión de tiempo en la resolución de problemas de compatibilidad entre aplicaciones propietarias o costes de negociaciones de licencias de propiedad intelectual . La decisión de concebir el proyecto de esta manera se inspiró en la eficiencia organizativa observada del software libre .

En Navidad de 2001, Ronja se convirtió en el primer dispositivo óptico de espacio libre de 10 Mbit/s del mundo con fuentes gratuitas. [37]

Ejemplos de herramientas utilizadas en el desarrollo:

Véase también

Notas

  1. ^ abcde "Especificación de Ronja Tetrapolis". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  2. ^ ab "154 instalaciones registradas de Ronja". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  3. ^ "[1208] ronja/instalaciones/czech/zdar_n_sazavou". imágenes.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  4. ^ Soderberg, J. (2010). "Óptica de espacio libre en la comunidad inalámbrica checa: arrojando algo de luz sobre el papel de la normatividad para las innovaciones iniciadas por el usuario". Ciencia, tecnología y valores humanos . 36 (4): 423–450. doi :10.1177/0162243910368398. S2CID  145786449.
  5. ^ ab "Ronja - BRL-CAD". brlcad.org . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  6. ^ "Fundamentos de las operaciones de fabricación". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  7. ^ "Todos los dibujos de Ronja". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  8. ^ abc "Construcción del receptor Ronja 10M". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  9. ^ "Construcción del transmisor Metropolis Ronja 10M". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  10. ^ "Construcción de la PCB Ronja Twister2". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  11. ^ "Construyendo a Ronja Nebulus". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  12. ^ "Prueba de Ronja Tetrapolis". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  13. ^ "Prueba de Ronja 10M Metropolis". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  14. ^ "Testing Ronja Inferno". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  15. ^ "Twister2 PCB". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  16. ^ "Ronja: Pedido de PCB TX". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  17. ^ "Evropský polytechnický institut, sro 1. soukromá vysoká škola na Moravě Kunovice POČÍTAČOVÉ SÍTĚ - PDF". docplayer.cz . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  18. ^ "Problemas de distancia entre Ronja 10M Metropolis, Tetrapolis, Inferno y Rexlator". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  19. ^ "Twibright Labs: Ronja". linas.org . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  20. ^ "Límite de descarga excedido". CiteSeerX 10.1.1.963.9463 .  {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  21. ^ "Aplicaciones navales para LiFi: la herramienta de transmisión". cimsec.org . 10 de agosto de 2016 . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  22. ^ "¿Cuánto cuesta Ronja?". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  23. ^ "Ronja Tetrapolis: Requisitos (Módulos, Material, Herramientas, Software)". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  24. ^ "NXP Semiconductors: Hoja de datos BF 908, página 2, fila de la tabla "capacidad de entrada en la compuerta 1"" (PDF) . nxp.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  25. ^ Phanumas Khumsat, Noppadol Wattanapisit, Karel Kulhavey, "Transceptor óptico inalámbrico basado en láser de bajo costo para enlace Ethernet de 10 Mbps", Actas de la Conferencia IEEE Región 10 (TENCON), Hong Kong, China (2006) (texto completo), página 2, parte superior izquierda, mención sobre "integrador con pérdida no deseado".
  26. ^ ab "¿Cómo funciona Ronja?". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  27. ^ "Productos de comunicaciones por RF de Philips Semiconductors: Especificación del producto NE592, página 1, líneas 6 y 7 del primer párrafo y página 8, encabezado "REDES DE FILTRO"" (PDF) . nxp.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  28. ^ Phanumas Khumsat, Noppadol Wattanapisit, Karel Kulhavey, "Transceptor óptico inalámbrico basado en láser de bajo costo para enlace Ethernet de 10 Mbps", Actas de la Conferencia de la Región 10 del IEEE (TENCON), Hong Kong, China (2006) (texto completo)
  29. ^ "Hoja de datos del HSDL-4220" (PDF) . mouser.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  30. ^ "Esquema de la Nebulosa Ronja (transmisor infrarrojo)" (PDF) . twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  31. ^ "Fairchild: 74AC04 Datasheet" (PDF) . colorado.edu . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  32. ^ "Ronja Tornado". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  33. ^ "Ronja Twister2". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  34. ^ Söderberg, Johan (18 de junio de 2013). «Cómo el hardware abierto impulsa herramientas de fabricación digital como la impresora 3D». Internet Policy Review . 2 (2). doi :10.14763/2013.2.138. hdl : 10419/213966 . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  35. ^ "Software utilizado para el desarrollo de Ronja". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  36. ^ "Todos los esquemas". ronja.twibright.com . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  37. ^ "Construya su propio enlace de datos ópticos de 10 Mbit/seg – Slashdot". hardware.slashdot.org . 22 de diciembre de 2001 . Consultado el 3 de junio de 2017 .
  38. ^ Captura esquemática
  39. ^ PCB, Proyecto gEDA

Referencias

Enlaces externos

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