RONJA ( Razonable Optical Near Joint Access ) es un sistema de comunicación óptica de espacio libre originario de la República Checa , desarrollado por Karel Kulhavý de Twibright Labs y lanzado en 2001. Transmite datos de forma inalámbrica mediante haces de luz . Ronja se puede utilizar para crear un enlace punto a punto Ethernet dúplex completo de 10 Mbit / s . Se ha estimado que se han construido entre 1000 y 2000 enlaces en todo el mundo [4].
El alcance de la configuración básica es de 1,4 km (0,87 mi). El dispositivo consta de un tubo receptor y transmisor (cabezal óptico) montado en un soporte ajustable resistente. Se utilizan dos cables coaxiales para conectar la instalación en la azotea con un traductor de protocolo instalado en la casa cerca de una computadora o interruptor . El alcance se puede ampliar a 1,9 km (1,2 millas) duplicando o triplicando la tubería del transmisor [ aclaración necesaria ] .
Las instrucciones de construcción, los planos y los esquemas se publican bajo la Licencia de documentación libre GNU . En el desarrollo solo se utilizan herramientas de software gratuitas . El autor llama 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 pensando en un constructor sin experiencia. Se explican las operaciones básicas como taladrar , soldar , etc. [6] Varias técnicas - plantillas de perforación, [7] controles detallados después de la soldadura, [8] [9] [10] [11] procedimientos de prueba [12] [13] [14] - se emplean para minimizar 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 fábrica. [15] [16] Las personas sin experiencia previa con la construcción de electrónicos han informado en la lista de correo que el dispositivo se ejecutó en el primer intento.
Se han registrado 154 instalaciones en todo el mundo en una galería con datos técnicos e imágenes. [2]
Distancia
Con la variante más brillante de Lumileds HPWT-BD00-F4000 LED y lentes de lupa chinas baratas de 130 mm de diámetro, el alcance es de 1,4 km. [5] [17] La variante E4000 menos brillante, pero más fácil de comprar, de HPWT-BD00 rinde 1,3 km. [18] La velocidad es siempre dúplex completo de 10 Mbit / s independientemente de la distancia.
Modelos
- Ronja Tetrapolis : Alcance de 1,4 km (0,87 millas), luz visible roja. Conéctelo con el conector 8P8C a una tarjeta de red o conmutador.
- Ronja 10M Metropolis : Alcance de 1,4 km (0,87 millas), luz visible roja. Se conecta a la interfaz de la unidad adjunta .
- Ronja Inferno : Alcance de 1,25 km (0,78 millas), luz infrarroja invisible.
- Ronja Benchpress : un dispositivo de medición para desarrolladores para la medición física de la ganancia de combinación de lente / LED y el cálculo del rango a partir de ese
- Ronja Lopipe : El diseño original (descontinuado) que usa luz roja visible y una interfaz RS232 para un enlace PPP / SLIP máximo de 115 kbit / s. [19]
Limitaciones
Por definición, una visibilidad clara entre el transmisor y el receptor es esencial. Si el rayo se oscurece de alguna manera, el enlace dejará de funcionar. Por lo general, los problemas pueden ocurrir en condiciones de nieve o niebla densa . [20] [21] Un dispositivo pesa 15,5 kg [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 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 integral de 1 m. [1]
Tecnología
Un sistema completo RONJA está compuesto por 2 transceptores : 2 transmisores ópticos y 2 receptores ópticos . Se ensamblan individualmente o en combinación. El diseño completo del sistema se muestra en el diagrama de bloques .
Receptor óptico - Etapa de preamplificador
El enfoque habitual en los preamplificadores FSO (Free Space Optics) es emplear un amplificador de transimpedancia . Un amplificador de transimpedancia es un dispositivo de alta velocidad de banda ancha muy sensible que presenta un circuito 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 que esto no permite la selección de una amplia gama de fotodiodos PIN baratos con capacitancias variables.
Ronja, sin embargo, utiliza un diseño sin retroalimentación [8] donde el PIN tiene una alta resistencia eléctrica de trabajo (100 kiloohmios ) [8] que junto con la capacitancia de entrada total (aproximadamente 8 pF, 5 pF PIN y 3 pF [24] MOSFET de entrada cascode ) hace que el dispositivo funcione con una banda de paso en una pendiente de paso bajo de 6 dB / oct formada por la resistencia de trabajo del PIN y la capacitancia de entrada total. [25] [26] 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 el 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 originalmente no es adecuado para una operación de 10 Mbit / s. Tiene un ancho de banda de 9 MHz, [29] donde 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 daría lugar a una corrupción sustancial de la señal y una reducción del alcance. Por lo tanto, Twibright Labs desarrolló una técnica de conducción especial que consiste en activar el LED directamente con una salida de compuerta 74AC04 de 15 veces en paralelo con voltaje de RF aplicado corriente ilimitada directamente al LED a través de condensadores grandes. [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 circuito de retroalimentación mide el voltaje en esta resistencia y lo mantiene en un nivel preestablecido variando el voltaje de suministro de las puertas 74AC04. Por lo tanto, el nominalmente digital [31] 74AC04 está funcionando como un conmutador CMOS de potencia estructurada completamente en modo analógico.
De esta manera, la unión de LED se inunda y se limpia de portadores lo más rápido posible, básicamente por descarga de cortocircuito . Esto empuja 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 HPWT-BD00-F4000 más rápido. Los efectos secundarios de esta brutal técnica de conducción son: 1) el LED se sobrepasa al comienzo de impulsos más largos (5 MHz / 1 MHz) hasta aproximadamente el doble de brillo. Se midió que esto no tenía ningún efecto adverso en el rango. 2) Un banco de condensadores cerámicos de bloqueo que respalde la matriz de conmutación 74AC04 es crucial para el 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 enlace de datos óptico de espacio libre basada en chips de registro de desplazamiento y contador. Es parte del diseño de Ronja. Es efectivamente un transceptor Ethernet óptico sin la parte de unidad óptica. [32]
El diseño original ha sido reemplazado por Twister2 pero el circuito lógico sigue siendo el mismo. [33]
Enfoque de hardware de código abierto
Soderberg, estudiando sociológicamente a Ronja, escribe: "Podría decirse que el primer proyecto que reivindicó los métodos y esquemas de licencia del desarrollo de software libre, aplicó esas prácticas al desarrollo de hardware abierto y logró una tecnología de vanguardia sin el respaldo de universidades o empresas, fue el proyecto Ronja ". [34]
Toda la cadena de herramientas se basa estrictamente en herramientas gratuitas [35] y los archivos fuente se proporcionan, de forma gratuita, bajo la GPL . [36] Esto permite a cualquiera ingresar al desarrollo, comenzar a fabricar o invertir en la tecnología sin costos de entrada . Dichos costos normalmente pueden incluir costos de licencia de software , inversión de tiempo en la resolución de problemas de compatibilidad entre aplicaciones patentadas o costos de negociaciones de licencia de propiedad intelectual . La decisión de concebir el proyecto de esta manera se inspiró en la eficiencia organizativa observada del Software Libre .
En la Navidad de 2001, Ronja se convirtió en el primer dispositivo de óptica de espacio libre de 10 Mbit / s del mundo con fuentes gratuitas. [37]
Ejemplos de herramientas utilizadas en desarrollo:
- gEDA gschem ( captura esquemática ) [38]
- QCAD
- BRL-CAD
- El programa de PCB [39]
- Sodipodi para gráficos vectoriales
Ver también
- Red comunitaria inalámbrica
- Comunicación de luz visible
- Lista de anchos de banda de dispositivos
Notas
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- ^ Soderberg, J. (2010). "Óptica de espacio libre en la comunidad inalámbrica checa: arrojar 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 .
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- ^ Captura esquemática
- ^ PCB , proyecto gEDA
Referencias
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- Jeffrey James (1 de enero de 2003), Bridging the Global Digital Divide , Edward Elgar Publishing , ISBN 9781843767169 página 56
- Desencadenado: Da Doo Ron RONJA
- Charla de Ronja en el WSFII de Londres 2005 (archive.org)
- Hack a Day: Ronja
- Construyendo un Ronja-lightlink: un testimonio de usuario (web.archive.org)
- El software de modelado 3D BRL-CAD, desarrollado originalmente por el Ejército de los EE. UU. Desde 1979, muestra a Ronja como un proyecto que utiliza BRL-CAD
- Phanumas Khumsat, Noppadol Wattanapisit, Karel Kulhavey, "Transceptor óptico inalámbrico de bajo costo basado en láser para enlace Ethernet de 10 Mbps", Actas de la Conferencia IEEE Región 10 (TENCON), Hong Kong, China (2006), que publica el diseño de Ronja con modificaciones menores, publica los esquemas del transmisor y receptor Ronja prácticamente sin cambios, y presenta una fotografía de un Ronja Twister construido en el PCB oficial de Ronja.
- Phanumas Khumsat, Noppadol Wattanapisit, Karel Kulhavey, "Interfaces ópticas para transceptores ópticos de espacio libre de 10 Mbps basados en láser de bajo costo" (texto completo), Actas de la Conferencia IEEE Asia Pacífico sobre circuitos y sistemas 2006, 1911-1914 (2006), que publica el diseño de Ronja con modificaciones menores, publica los esquemas del receptor y transmisor de Ronja prácticamente sin cambios, y presenta una fotografía de los cabezales y soportes ópticos oficiales de Ronja.
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enlaces externos
- Página web oficial
- Adaptación RONJA para submarinos
- Proyecto del British Council - Promoción de ronja en redes comunitarias en Reino Unido 2004