«роль транспортной науки и образования в реализации пяти институциональных реформ», посвященной

 

 

 

 

349 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

Внедрение  широкополосных  систем  радиодоступа  позволит  абонентам  не только 

получить  высокоскоростной  доступ  к Интернет  в поездах,  но  и  создаст  наиболее 

качественную технологическую связь железнодорожной компании. 

Для  организации  беспроводного  широкополосного  доступа  в поездах  необходимо 

применить смешанный подход миграции железнодорожных коммуникаций к сетям NGN, 

учитывающий затраты на проектирование мобильной сети связи и внедрения новых услуг. 

Возможен  дальнейший  сценарий  развития  сети  NGN,  когда внедрение  услуг  и 

эксплуатацию могут осуществлять несколько провайдеров. 

Телекоммуникационная инфраструктура казахстанских железных дорог отличается 

от европейских  в применении  сложной  организации  систем  радиодоступа,  что 

объясняется  большой  протяженностью  территории  и  географическими  особенностями,  в 

связи с этим, предполагается использование комбинации технологий.  

Система на базе GPRS, UMTS, Wi-Fi и спутниковых систем 

Примером  реализации  комбинированной  системы  доступа  [10]  с  использованием 

спутниковых  каналов,  каналов  Wi-Fi  и  сетей  сотовой  связи  (решение  англо-бельгийской 

компании  «21net»)  является  система,  обеспечивающая  широкополосный  непрерывный 

доступ  в  Интернет  во  время  движения  поезда,  объединяя  для  этой  цели  наземные 

беспроводные  сети  с  двунаправленной  спутниковой  связью.  Она  была  испытана  и 

развернута  на  высокоскоростных  поездах  европейских  магистралей  операторов  Renfe, 

Thalys, SNCF и НТВ. 

Основные функциональные компоненты включают (рисунок 1): 

- мобильный  маршрутизатор  доступа,  объединяющий  спутниковый  канал  с 

каналами Wi-Fi и сетями сотовой связи; 

- модули для TCP і HTTP для повышения эффективности системы, включая сжатие 

и кэширование; 

-  контроль доступа к  ресурсам сети Интернет из поезда при помощи шлюзовых и 

портал-серверов; 

- управление  полосой  пропускания,  в  частности,  балансирования  нагрузки,  QоS  и 

приоритетом 

передачи 

трафика 

для 

осуществления 

справедливой 

политики 

использования; 

- интерфейсы подключения, включая Wi-Fi, сотовые и спутниковые сети; 

-  спутниковый модем и антенну с контроллером; 

-   GPS-приёмник для определения географического местоположения; 

-   систему диагностики и удалённого управления. 

Дополнительные  функции  могут  включать  сервер  контента  для  хранения  банка 

мультимедийных  развлекательных  приложений  и  программ,  потоковые  серверы  для 

обеспечения  видео  по  запросу  (VOD)  и  услуг  IPTV;  данные  телеметрии  поезда;  сервер 

данных  информации  о  пассажирах  и  поддержку  видеонаблюдения  в  поезде;  систему 

автоматического анализа и оповещения, голосовую IP-связь.  

 

 

Рисунок 1 – Схема построения системы доступа 

 

 

 

 

350 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

Главная  стойка,  устанавливается  в  одном  или  нескольких  ж/д-вагонах,  содержит 

соответствующие  средства  связи,  модули  вычислительных  платформ,  шлюзы,  модемы  и 

интерфейсы. Она обеспечивает услуги широкополосного доступа пассажирам и персоналу 

во  всем  поезде  посредством  магистральных  внутрипоездных  линий  беспроводной  связи, 

или,  при  необходимости,  соединения  по  медному  кабелю  и/или  оптоволокну). 

Широкополосный  двунаправленный  спутниковый  канал  обеспечивает  высокие  скорости 

передачи данных - от 4 до 8 Мбит/с для широкополосного доступа в Интернет. Передача 

данных непосредственно пассажирам реализуется по технологии Wi-Fi. В данной системе 

используются  антенны  с  высоким  коэффициентом  усиления.  Системы  испытывались  на 

высокой скорости поезда и уже развернуты на региональных экспрессах в Европе, Азии и 

Северной  Америке.  Разрешения  на  использование  получены  также  на  ж/д  Франции, 

Бельгии, Голландии, Германии, Италии, Испании. 

Система  объединяет  спутниковый  сегмент,  GPRS  и  UMTS  с  Wi-Fi-технологиями 

для обеспечения непрерывного подключения к Интернету в поездах на основе следующих 

архитектур: 

1. Спутник и наземная станция. 

При  работе  со  спутником,  широкополосная  система  поезда  подключается  к 

Интернету  через  спутниковую  антенну,  установленную  на  крыше  поезда.  Основной 

широкополосный  носитель  поезда  использует  двунаправленное  спутниковое  соединение 

Ku-диапазона  для  отправки  и  получения  данных  с  высокой  скоростью  -  до  4  Мбит/с  в 

нисходящем  канале  и  2  Мбит/с  в  восходящем  канале.  Спутник  связывается  с  наземной 

станцией  через  Интернет.  Бортовая  широкополосная  система  поезда  взаимодействует  с 

центральным  сервером,  который  управляет  системой,  хостами  портала  и  местным 

контентом,  и  распространяет  доступ  к  сети  Интернет  через  беспроводную  сеть  Wi-Fi  в 

поездах.  Пользователи  получают  доступ  к  беспроводному  Интернету  с  использованием 

своих  ноутбуков,  КПК  или  смартфонов,  подключенных  к  Wi-Fi;  маршрутизатор 

мобильного  доступа  автоматически  переключается  на  UMTS  или  наземный  канал  Wi-Fi, 

если  спутниковая  связь  становится  недоступной.  Интернет-сессия  пользователя  при 

переключении спутниковой связи на UMTS или Wi-Fi не прерывается; 

2. Только наземные станции. 

Если  конкретная  топология  маршрута  поезда  не  требует  спутниковых  решений, 

данная  система  обеспечит  надежный  доступ  в  Интернет  на  основе  любого  доступного 

наземного трафика (GSM, UMTS, EDGE, Wi-Fi, WiMAX и т.д.). 

Для  обеспечения  Wi-Fi-связи  на  панели  управления  поезда  можно  применить 

полностью  модульное  решение  «Modular  21»  описанной  выше  системы  «21Net»,  оно 

полностью масштабируемо и динамически реконфигурируется для поезда любого состава. 

Каждый вагон, в котором предусмотрен доступ в Интернет, оснащен одинаковым набором 

компактного  оборудования.  В  данной  модульной  системе  все  вагоны  оборудованы 

внутренней и внешней антенной Wi-Fi, а также антеннами систем сотовой связи, поэтому 

любые  вагоны  могут  выступать  в  качестве  автономных  Интернет-систем  на  панели 

управления.  Кроме  того,  если  несколько  вагонов,  оснащенных  модульной  системой, 

объединены  в  одном  поезде,  узлы  системы  могут  самостоятельно  настроить 

динамическую  ячеистую  сеть  для  передачи  интернет-трафика  от  любого  вагона.  Таким 

образом, общая система связи поезда получает преимущества сотовой связи, разнообразия 

антенн  и  автоматической  балансировки  нагрузки.  Составные  элементы  данной  системы 

показаны на рисунке 2. 

В  общем  случае,  каждая  модульная  система  обеспечения  доступа  в  Интернет 

состоит из блока управления; точки доступа Wi-Fi; внутренней антенны; внешней сетевой 

антенны и внешней сотовой антенны. 

 

 

 

 

 

351 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

 

Рисунок 2 - Составные элементы системы Modular 21 

 

Особенности и преимущества решения сведены в таблицу 1. 

 

Таблица 1 – Особенности и преимущества данного решения 

Особенность 

Преимущества 

Интернет-модуль на 

системной плате 

Нет единой точки отказа. Отсутствие какого-либо одного узла не 

влияет на производительность соединения с Интернетом в 

другой части поезда. Неисправность сотовой карты не повлияет 

на Wi-Fi в этом вагоне, трафик может быть перенаправлен через 

соседние вагоны. 

Масштабируемость и 

доступность 

Одинаковое оборудование, расширения по мере необходимости 

для некоторых вагонов. Каждый модульный узел может быть 

оборудован 1 - 4 картами данных. 

Простота развёртывания В каждом вагоне можно предоставить доступ к сети Wi-Fi сразу 

после установки системной платы. 

Самостоятельная 

настройка 

на любой поезд 

Настройки по стандартам Wi-Fi в депо между вагонами сети с 

помощью оборудования, устанавливаемого на крыше. 

Единая сеть Wi-Fi в 

поезде 

Связь между вагонами в беспроводной сети по всему поезду, что 

позволяет пассажирам перемещаться между вагонами. 

Персонал и доступ к 

сети 

Персонал поезда может получить доступ к отдельным WLAN с 

различными правами доступа (например, приоритетный трафик, 

доступ к корпоративной сети) 

GPS 

Каждый вагон имеет свой собственный GPS. Система постоянно 

получает данные о географическом положении, 

местонахождении и порядке следования вагонов в каждом 

поезде. 

 

Организации сети доступа в Интернет (решение компаний Nokia-Siemens)  на базе 

технологий GPRS, UMTS/HSDPA, Flash-OFDM-WiMAX, Wi-Fi 

Рассмотрим  организацию  доступа  в  Интернет  на  базе  технологий  GPRS, 

UMTS/HSDPA, Flash-OFDM-WiMAX, Wi-Fi [14], рисунок 3. 

 Интернет-сервер,  расположенный  в  локомотиве  поезда,  обрабатывает  трафик  от 

пассажиров,  а  также  входящий  и  исходящий  трафик  в  направлении  «поезд-наземные 

системы».  Пассажирские  вагоны  соединяются  с  сервером  посредством  сети  Ethernet  или 

беспроводной распределительной системы WDS (wireless distribution system). Стоит также 

обратить внимание на положительный опыт ж/д стран Европы в применении технологий 

WiFi для  организации обмена данными в поездах. WiFi обеспечивают  высокоскоростной 

обмен  данными,  поддерживаемыми  ресурсами  наложенных  сетей  GSM-GPRS/EDGE  и 

 

 

 

 

352 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

UMTS, что позволяет добиться полного покрытия территории и услуги данных с малой и 

средней скоростью передачи данных. 

  

 

 

Рисунок 3 – Организация сети доступа в Интернет  

(GPRS, UMTS/HSDPA, Flash-OFDM-WiMAX, Wi-Fi) 

  

Сравним  параметры  разных  технологий,  обеспечивающих  возможность  доступа 

пассажиров в Интернет [15]: 

 

Таблица 2 – Сравнение параметров разных технологий 

Параметр 

Спутниковые 

Сотовые 

WLAN 

Максимальная скорость 

передачи данных 

20 Мбит/с «вниз»/ 

384 кбит/с «вверх» 

7,2 Мбит/с «вниз»/ 

384 кбит/с «вверх» 

54 Мбит/с «вниз»/ 

300 Мбит/с 

«вверх» 

Пропускная 

способность 

Средняя 

Ниже средней 

Выше средней 

Стоимость инсталляции 

на поездах 

Высокая 

Низкая 

Очень низкая 

Стоимость создания 

инфраструктуры 

Очень высокая 

Высокая (расходы 

оператора связи) 

Низкая 

Расходы на 

обслуживание 

Есть 

Есть 

Нет 

Общая стоимость 

внедрения 

Очень высокая 

Очень высокая 

Низкая 

Роуминг 

Не требуется, однако, в 

некоторых зонах 

проблемы с  покрытием 

Зависит от 

провайдера услуг 

Быстрый роуминг 

(100 мс и менее) 

Мобильность 

300 км/час 

~ 150 км/час 

~ 150 км/час 

 

При  построении  системы  коммуникаций  железных  дорог,  организация  доступа  в 

Интернет  может  осуществляться  с  применением  как  одной  радиотехнологии,  так  и 

комбинации этих радиотехнологий: 

- сети GSM (одного или нескольких операторов), GPRS, EDGE; 

- технология GPRS в сети GSM-R; 

 

 

 

 

353 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

- сети CDMA (EV-DO Rev A/B  – на сотовых сетях связи операторов  CDMA), 3G, 

LTE; 

- спутниковые технологии; 

-  сети  широкополосного  беспроводного  доступа  Wi-Fi  (стандарты  IEEE  802.11 

a/b/g/n); 

-  сети  широкополосного  (мультисервисного)  беспроводного  доступа  в  масштабе 

города (WirelessMAN- WiMAX): стандарты  802.16-2004 и 802.16-2005; 

-  сети  UMTS  HSDPA  –  на  сетях  связи  UMTS  и  на  сетях  GSM  в  национальном 

роуминге; 

- комбинация двух или более из указанных технологий. 

  

 

УДК 621.37/39 

 

Зальцман  Ю.М. 

– преподаватель,  Казахская академия  транспорта и коммуникаций  

им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан) 

Марупов  Ф.

  –  студент,  Казахская  академия  транспорта  и  коммуникаций                              

им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан) 

 

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНООПТИКИ 

 

Нанооптика  -  раздел  в оптике   и   нанотехнологии,  в  котором  используется  свет, 

локализованный  в  пространстве  много  меньшем  длины  волны  (λ),  или  объёме  много 

меньшем  λ³.  Практическое  развитие  этой  области  основано  на  создании  лазеров  и 

нанотехнологии, которая позволяет создавать наноструктуры (кластеры, пленки, трубки). 

В оптике считалось,  что  существует  фундаментальное  ограничение  разрешающей 

способности  оптического  изображения.  Это  связано  с  наличием  рэлеевского  критерия, 

согласно  которому  минимальный  размер  различимого  объекта  немного  меньше длины 

волны используемого света и ограничено дифракцией излучения. 

Используя 

же 

структуры 

нанометровых 

размеров 

стало 

возможным 

создать ближнепольный микроскоп, с помощью которого был преодолен дифракционный 

предел в  оптике.  Пространственное  разрешение  этого микроскопа зависит  от  условий 

освещения.  Предельное  разрешение,  например,  для  зонда  с  алюминиевым  покрытием  в 

видимом  диапазоне  спектра  составляет  примерно  13  нм,  а  при  развитии  данной 

технологии теоретически можно достигнуть 1 нм. 

Важность  проблемы  улучшения  разрешающей  способности  в  электронной 

микроскопии,  приближение  ее  к  теоретическому  пределу  стимулировали  проведение 

целого  ряда  исследований  в  этой  области.  Практическое  применение  в  оптике, 

радиофизике, акустике, особенно в связи с созданием оптических квантовых генераторов 

(лазеров) в последние годы получили идеи, высказанные английским физиком Габором. 

Первые  работы  Габора  по  голографии,  проведенные  еще  в  “долазерный”  период 

(1948-1951),  были  поставлены  и  выполнены,  именно,  в  связи  с  задачей  повышения 

разрешающей способности в электронной микроскопии. 

Сущность  предлагавшегося  метода  сводилась  к  следующему.  Монохроматический 

поток  электронов,  т.е.  поток,  содержащий  электроны  с  одинаковыми  скоростями, 

освещает  объект  исследования  (по  схеме  просвечивающего  или  теневого  микроскопа). 

При  этом  происходит  дифракция  электронов  на  объекте.  Обычно  в  электронном 

микроскопе  пучок,  претерпевший  дифракцию  на  объекте,  поступает  в  систему 

электронных  линз,  формирующих  изображение  и  обеспечивающих  нужное  большое 

увеличение.  Однако  эти  же  линзы  являются  источниками  трудноустранимых искажений, 

препятствующих  достижению  теоретического  разрешения.  В  новом  методе  предлагалось 

 

 

 

 

354 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

фиксировать  результат  дифракции  электронов  фотографически  в  виде  дифракционной 

картины  и  подвергать  эту  картину  последующей  обработке  с  помощью  оптических 

методов,  где  получение  нужных  усилений  может  быть  достигнуто  с  меньшими 

искажениями.  В  таком  двухступенчатом  процессе  получения  изображений  основное 

увеличение достигается за счет перехода от “электронных” длин волн к оптическим. При 

этом  следует  отметить,  что  обрабатываемая  оптическими  методами  картина  дифракции 

практически  не  имеет  сходства  с  объектом  исследования.  Однако  с  помощью  светового 

излучения  (видимого)  по  этой  картине  в  несложном  оптическом  устройстве  можно 

восстановить  изображение  исследуемого  объекта.  Для  этого  источник  излучения  должен 

посылать монохроматические когерентные волны, т.е. должен обладать теми свойствами, 

которые так ярко проявляются у оптических квантовых генераторов. 

Заметим,  что,  образно  говоря,  в  этом  двухступенчатом  процессе  мы  фиксируем, 

“замораживаем” фронт электронных волн и потом воспроизводим его вновь в виде фронта 

световой  волны  в  значительно  большем  масштабе,  используя  при  этом  различие  длин 

волн света и электронов. 

В  таком  “безлинзовом”,  а  потому  и  не  вносящим  искажений  увеличении  и 

заключается основное достоинство метода голографии в электронной микроскопии. 

Именно  для  увеличения  разрешения  создавались  микроскопы  нового  типа  — 

электронно-лучевой, 

сканирующий 

туннельный, 

атомно-силовой, 

оптический 

сканирующий и др. Это обстоятельство порой приводит к заблуждению, будто предельная 

плотность упаковки рабочих элементов с оптическим доступом к информации ограничена 

дифракционным  пределом,  то  есть  длиной  волны  света.  Однако  это  не  так:  длина  волны 

света не ограничивает миниатюризацию источников излучения. А ведь таким источником 

может  быть,  например,  отдельный  атом,  размеры  которого  порядка  0,1  нм,  что  во  много 

раз меньше длины волны света. Если заставить излучать отдельный атом и наблюдать за 

ним  в  микроскоп,  то  отчетливо  видно  небольшое  пятнышко.  Но  даже  с  использованием 

самой  лучшей  оптики  размер  пятна  не  может  быть  меньше  длины  волны  света.  Тем  не 

менее, способы повышения плотности записи оптической информации существуют.  

Главное  условие  —  излучающие  объекты,  находящиеся  в  пределах  одного 

дифракционного  пятна,  должны  отличаться  по  какому-либо  другому  физическому 

параметру  —  длине  волны,  поляризации  или  фазе  излучения.  Тогда  плотность  упаковки 

информации  с  оптическим  доступом  будет  определяться  лишь  размером  атома,  кластера 

или молекулы.  

С  использованием  лазера,  перестраиваемого  по  частоте,  принципиальная  схема 

устройства  оптической  памяти  типа  ROM  (read-onlymemory)  получается  более 

компактной.  Здесь  излучение  от  лазера  падает  на  подложку,  несущую  селективно 

возбуждаемые  кластеры.  Сигнал  флуоресценции  кластера  данного  типа,  отражаясь  от 

зеркала, попадает на фотоприемник.  

Количество 

информации, 

которое 

можно 

записать 

в 

пределах 

одного 

дифракционного  пятна,  равно  отношению  ширины  диапазона  перестройки  лазера  по 

частоте к суммарной ширине линии лазерного излучения и линии флуоресценции.  

Если  в  этой  же  схеме,  вместо  линзовой  системы,  использовать  волоконный 

осветитель с туннельным эффектом для фотонов, плотность упаковки информации можно 

повысить еще в сто раз. 

Большие перспективы открываются при объединении фотоники с наноэлектроникой. 

С  уменьшением длины волны фотонов растет их энергия. Когда длина волны становится 

равной  длине  волны  де  Бройля  валентных  электронов,  энергия  оптического  кванта 

составляет  уже  сотни  электрон-вольт.  Это  очень  большая  энергия.  Она  лежит  в 

рентгеновской  области,  где  твердые  тела  практически  прозрачны.  Рентгеновская  оптика 

—  еще  одна  отрасль  квантовой  физики,  способная  оказать  большое  влияние  на  развитие 

 

 

 

 

355 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

элементной  базы  вычислительных  машин,  однако  в  компьютерах  ближайшего  будущего 

длина волны света скорее всего будет ограничена снизу областью 200 нм.  

Компания  "Нанооптика"  представила  в  2014  году  новую  современную  технологию, 

которая  носит  название  «Числовая  планарная  голограмма»  (NOD).  NOD  поможет 

процессу  управления  и  преобразования  лучей  света  внутри  двумерного  планарного 

волновода, в результате чего будет получен  свет  с фазой, поляризацией  и направлением, 

заданными  заранее.  Числовая  планарная  голограмма  стала  продолжением  исследований 

интегральной  оптики,  в  процессе  которых  был  получен  алгоритм,  рассчитывающий 

двумерные  голограммы  на  поверхности  планарного  волновода.  Разработка  абсолютно 

уникальна и не имеет аналогов, не доступна для копирования или реинжиниринга. 

Потенциал  разработки  в  плане  применения  очень  велик:  это  и  оптический 

интерконнект  (оптическое  межсоединение)для  оптических  и  квантовых  компьютеров,  и 

технологии 

в области 

мультиплексирования 

/ 

демультиплексирования 

для 

телекоммуникационных  систем, лазеры,  спектрометрия  и уникальные  миниатюрные 

спектрометрические  сенсоры  широкого  применения.  Применение  новой  технологии 

может принести миллиарды долларов после внедрения. 

Первый  продукт  компании  —  миниатюрный  спектрометр для  измерения  спектра 

лазерного света.  

Спектрометр  Nano-Stick  использует  передовую  технологию  Числовых  Планарных 

Голограмм (ЧПГ), 

разработанную 

и запатентованную 

компанией 

Nano 

Optic 

Devices (NOD).  Технология  ЧПГ  позволяет  управлять  светом  внутри  миниатюрных 

оптических 

чипов. 

Такой 

чип 

включает 

специально 

разработанную 

голограмму, изготовленную 

микролитографическим 

методом 

при 

использовании 

производственного  процесса  CMOS.  Голограммы  ЧПГ  внутри  спектрометра  состоят 

из миллионов 

нано-структур, нанесённых 

на планарный 

волновод, эти 

структуры 

рассчитаны таким образом,чтобы получать заданную дисперсию света и его фокусировку 

на линейный  ПЗС  детектор.  Оцифрованный  сигнал  передаётся  на компьютер  через  USB 

интерфейс. Внешний вид спектрометра показан на рисунке 1. 

 

 

 

Рисунок 1 – Спектрометр Nano-Stick 

 

К особенностям спектрометра  Nano-Stick  можно отнести: 

- высокое разрешение (0,15 нм) при небольшом размере; 

- не требует перекалибровки; 

- нечувствителен к вибрации и изменениям температур; 

- питание осуществляется через  USB. 

Рассмотрим  подробнее    следующую  разработку  компании  -  перестраиваемый  лазер 

Nano-Tune.  Это  совмещенный  в  одном  устройстве  лазер  со спектрометром  для 

мониторинга и контроля λ в реальном времени. 

Перестраиваемый  лазерный  диод  Nano-Tune  включает  в себя  систему  с лазерным 

диодом  и интегрированным  спектрометром  для  мониторинга  в реальном  времени 

и контроля лазерного излучения.  

 

 

 

 

356 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

Длина волны  Nano-Tune перестраивается в диапазоне около 10 нм с интервалом 0.2 

нм через  данные  с интегрированного  спектрометра.  Эта  обратная  связь  позволяет 

пользователям  подстраивать  излучение  лазера  вдоль  продольной  волны  без  опасения 

прыжка на следующую моду.  

К особенностям Nano-Tune можно отнести: 

- управление и мониторинг длины волны в реальном времени; 

- диапазон перестройки ~ 10нм с высоким разрешением; 

- одномодовая генерация без перескока мод; 

-  оптимизировано  как  для  научных  применений, так  и для  индустриальной 

интеграции. 

Зарубежные исследователи, параллельно с российскими  учеными, ведут  разработки 

по  исследованию  и  внедрению  нанооптики.  Исследователи  IBM  подробно  описали  свое 

научное  достижение,  которое  является  большим  прорывом  в  способе  передачи 

информации  между  несколькими  вычислительными  ядрами  –  или  «мозгами»  –  на 

микросхеме  с  помощью  импульсов  света  через  слои  кремния,  а  не  с  помощью 

электрических сигналов по проводам. 

Эта 

инновационная 

методика 

– 

известная 

в 

отрасли 

как 

кремниевый 

электрооптический  модулятор  Маха-Цандера  –  выполняет  функцию  преобразования 

электрических  сигналов  в  световые  импульсы.  Размер  модулятора,  созданного  учеными 

IBM,  в  100  (или  даже  1000)  раз  меньше  подобных  модуляторов,  продемонстрированных 

ранее, что открывает широкие возможности интеграции множества таких устройств – а в 

перспективе  и  готовых  оптических  сетей  с  маршрутизацией  –  в  одной  микросхеме.  Это 

позволит  значительно  сократить  стоимость,  энергопотребление  и  тепловыделение  при 

одновременном  повышении  пропускной  способности  каналов  обмена  данными  между 

ядрами в сотни раз по сравнению с чипами, использующими медные проводники. 

Нанополя  могут  существовать  и  создаваться  только  вблизи  поверхностей 

материальных сред. Поскольку электромагнитные поля должны удовлетворять граничным 

условиям  уравнения  Максвелла,  то  в,  свою  очередь,  нанополя  зависят  от  размеров  и 

топологии материальных сред. Известные примеры нанополей: 

-  поле,  возникающее  при  полном  внутреннем  отражении  волны  на  поверхности 

диэлектрика (одномерная локализация света); 

- нанополя на поверхности металла (плазмоны); 

- нанополе вблизи острия (двумерная локализация света). 

Основной  интерес 

к  нанооптике  обусловлен  возможностью  преодоления 

дифракционного 

предела 

в 

пространственном 

разрешении 

волновой 

микроскопии.Внедрение  в  разработку  идей  нанофотоники  позволит  увеличить  величины 

напряженности электромагнитного поля при заданной величине энергии поля. 

Рисунок  2  показывает  конфигурацию  двумерного  нанополя,  возникающего  при 

дифракции  света  на  отверстии  Бета  (отверстие  диаметра  меньше  длины  волны  в 

проводящем тонком экране).  

 

Рисунок 2 – Конфигурация двумерного нанополя, 

возникающего при дифракции света на отверстии Бета 

 

 

 

 

357 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

“Просачивание”  поля  через  малое  отверстие  в  экране  создает  пространственную 

неоднородность  интенсивности  поля.  Характерный  размер  нанополя  определяется 

размером отверстия и может быть существенно меньше длины волны света. 

Существенным  недостатком  поля,  локализованного  вблизи  одиночного  отверстия, 

является  тот  факт,  что  это  поле  неразрывно  связано  с  полем  сопутствующей  стоячей 

волны,  что  является  нежелательным  для  многих  применений,  например,  для  атомной 

фокусировки,  так  как  при  движении  атома  в  этой  области  возможны  процессы 

спонтанного распада, которые влияют на качество фокусировки. 

На  рисунке  3  представлены  конфигурации  полей,  имеющих  трехмерную 

локализацию на нанометровой шкале.  

 

 

 

Рисунок 3 – Трехмерная локализация лазерного поля  

в нанометровом диапазоне: a) photon hole; b) photon dot. 

 

Схема  получения  такого  пространственно  локализованного  светового  нанополя 

изображена на рисунке 4. 

 

 

 

Рисунок 4 – Схема получения трехмерной локализации нанополя. 

 

На рисунке 4 в проводящий волновод с двумя нанотверстиями вводится излучение:  

- на рисунке а - поляризация поля направлена вдоль волновода; 

-на рисунке b - поляризация поля -поперек волновода. 

Два  плоских  проводящих  экрана,  с  расстояниями  между  плоскостями  порядка  или 

меньше  длины  волны  света,  образуют  плоский  двумерный  волновод.  В  проводящем 

экране образованы два малых соосных отверстия с радиусом меньшим длины волны. Если 

диаметры  отверстий  существенно  меньше  длины  волны,  то  излучение  в  волноводе 

практически  не  распространяется  через  эти  отверстия,  но  вблизи  каждого  отверстия 

распространяющееся  излучение  будет  сильно  модифицировано.  Если  поляризация  поля 

направлена  вдоль  волновода,  то  в  центре  возникает  уменьшение  интенсивности  поля. 

Такое поле названо "фотонной дыркой". Нанополе, возникающее при полном внутреннем 

отражении  на  плоской  поверхности,  является  одномерным  распространяющимся 

нанополем.  Развитие  техники  диэлектрических  нановолноводов  позволило  создавать 

двумерные распространяющиеся нанополя.  

 

 

 

 

358 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

Оптический  нановолновод  данного  типа  был  экспериментально  реализован 

Токийским  университетом.  На  рисунке  5  показана  установка  по  созданию  кварцевых 

оптических нановолноводов.  

 

 

 

Рисунок 5 – Создание оптического нановолновода 

 

Оптический  нановолновод  обеспечивает  с  единичным  инжектируемым  в  волновод 

фотоном  сильное  поверхностное  световое  поле.  Нановолновод  использовался  при 

исследовании взаимодействия лазерного нанополя с ансамблем ультрахолодных атомов. 

 

ЛИТЕРАТУРА 

 

1. Балыкин В.И. и др. Отражение светового пучка от градиента светового поля. Письма в 

ЖЭТФ, 45, 282 (1987); Phys. Rev. Lett. 60, 2137 (1988).  

2.  Seifert,  W,  Adams,  C.S.,  Balykin  V.I.,  et  al.Reflection  of  metastable  argon  atoms  from  an 

evanescent-wave, Phys Rev, A49, 3814, 1994.  

3.  Yu.  B.  Ovchinnikov,  D.  V.  Laryushin,  V.I.  Balykin,V.  S.  Letokhov,  "Cooling  of  atoms  on 

reflection from a surface light wave", JETP Lett, 62, 113, 1995.  

4.  Yu.  B.  Ovchinnikov,  D.  V.  Laryushin,  V.I.  Balykin,V.  S.  Letokhov,  “Inelastic  reflection  of 

atoms from an evanescent light wave”, Laser Physics, 6, 264-267, 1995.  

5.  D.  V.  Laryushin,  Yu.  B.  Ovchinnikov,  V.I.  Balykin,  V.  S.  Letokhov,  "Reflection  cooling  of 

sodium atoms in an evanescent wave", Opt. Commun, 135, 138-148, 1997.  

6.  H.  Oberst,  Sh.  Kasashima,  V.  I.  Balykin,  and  F.  Shimizu,  “Atomic-matter-wave  scanner”, 

Phys. Rev. A68, 013606, 2003.  

7.  D.  A.  Lapshin,  V.I.  Balykin,  V.  S.  Letokhov,  “  Diffraction  of  atoms  by  an  evanescent  wave 

grating formed by a periodic surface structure”, Laser Physics, 7, 361-368, 1997.  

8. Yu. B. Ovchinnikov, S.V. Shulga, and V.I. Balykin, “An atomic trap based on evanescent light 

wave”, J.Phys. B: At.Mol.Opt.Phys., 24, 3173-3178, 1991.  

9. V.I. Balykin, D. V. Laryushin, M. V. Subbotin, V. S. Letokhov, “A bright coherent source of 

de Broglie wave”, Laser Physics, 7, 358-360, 1997.  

10. Balykin V.I., Letokhov V.S., and KlimovV.V.,Tight focusing of an atomic-beam by the near-

field of diffracted laser-light, JETP Lett., 59, 235, 1994.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

359 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

УДК 621.39.001.63 

 

Джунусова  Д.Т.  – 

ст.  преподаватель,  Казахская  академия  транспорта  и 

коммуникаций им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан)

 

Төлепбай  Ж.  – 

студент,  Казахская  академия  транспорта  и  коммуникаций                           

им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан)

 

 

СПОСОБЫ СИНХРОНИЗАЦИИ СЕТЕЙ NGN 

 

В  рекомендации  ITU-T  G.8261  [2]  рассмотрены  три  основных  способа 

восстановления  синхронизации  на  границах  транспортной  среды  с  коммутацией  пакетов 

при  передаче  в  ней  группового  сигнала  с  временным  мультиплексированием  в  виде 

услуги  эмуляции  каналов.  Для  этого  в  оконечном  станционном  оборудовании  должны 

быть  предусмотрены  функции  межсетевого  взаимодействия.  Все  абоненты  транспортной 

среды  с  коммутацией  пакетов  могут  получать  тактовую  частоту  от  сети  синхронизации 

посредством обычного централизованного распределения.  

Если  абонентское  оборудование  работает  на  собственной  тактовой  частоте,  то  на 

границе  сети  с  коммутацией  пакетов  ее  восстанавливают  различными  относительными 

способами, например, с помощью алгоритма согласования скоростей SRTS.  

В обоих случаях в узле межсетевого взаимодействия должен быть доступ к стыку с 

генератором первичной синхронизации (PRC). Для этого оператор сети NGN должен либо 

строить отдельную сеть синхронизации, либо арендовать ее у существующих операторов 

транспортной сети SDH. 

Существует  множество  примеров  локальной  синхронизации  оборудования.  Так, 

например,  в  станционном  помещении  размещают  недорогой  источник  первичной 

синхронизации (PRS) на основе GPS и распределяют от него тактовую частоту с помощью 

беспроводных  технологий  или  по  обычным  выделенным  кабелям,  в  физической  среде 

Ethernet, а также c помощью других оригинальных схем [3].  

Если  построение  сети  синхронизации  (или  использование  стыков  синхронизации) 

невозможно  или  нежелательно,  то  применяют  самый  простой,  но  проблематичный  из 

соображений  стабильности  адаптивный  способ  согласования  скоростей  приема  и 

передачи.  

Результаты  проведенных  исследований  [4]  показывают,  что  адаптивный  способ 

можно применять, если абонент не предъявляет строгих требований к стабильности своей 

тактовой  частоты,  в  противном  случае,  необходимо  дополнительное  аппаратное 

сглаживание восстановленного синхросигнала.  

Альтернативой  адаптивному  методу  является  использование  протокола  RTP  при 

инкапсуляции  данных  с  временным  мультиплексированием  в  пакеты  асинхронных 

данных.  

Как  показали  эксперименты,  в  данном  случае  при  высокой  стабильности 

восстановленного  синхросигнала  оборудование  оказывается  слабочувствительным  к 

изменению частоты на источнике синхронизации, что является необходимым, например, в 

сотовых сетях при переходе на резервный синхросигнал. 

Протокол PTP 

Следующей 

ступенью 

развития 

является 

отдельная 

передача 

сигналов 

синхронизации  сети  с  коммутацией  пакетов  с  помощью  специально  разработанных 

протоколов.  На  данный  момент  таковыми  являются  протоколы  NTP  [5]  и  PTP  [6].  Эти 

протоколы изначально создавались для синхронизации времени в различных устройствах 

сети. 

 

 

 

 

 

360 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

В  2005  году  была  начата  работа  по  изменению  стандарта  IEEE1588-2002  с  целью 

расширения  возможных  областей  его  применения  (телекоммуникации,  беспроводная 

связь и в др.). Результатом работы стало новое издание IEEE1588-2008, которое доступно 

с марта 2008 со следующими новыми особенностями. 

Принцип функционирования систем на основе протокола PTP 

В  системах,  где  используется  протокол  PTP,  различают  два  вида  часов:  ведущие 

часы и ведомые часы. Ведущие часы, в идеале, контролируются либо  радиочасами, либо 

GPS-приемниками  и  осуществляют  синхронизацию  ведомых  часов.  Часы  в  конечном 

устройстве,  неважно  ведущие  ли  они или  ведомые,  считаются  обычными  часами;  часы  в 

составе  устройств  сети,  выполняющих  функцию  передачи  и  маршрутизации  данных 

(например, в Ethernet-коммутаторах), считаются граничными часами (рисунок 1). 

 

 

 

Рисунок 1 – Синхронизация устройств по времени по 

схеме «ведущий – ведомый» 

 

Данный  протокол  обеспечивает  синхронизацию  ведомых  устройств  от  ведущего, 

удостоверяясь, что события и временные метки на всех устройствах используют одну и ту 

же  временную  базу.  В  протоколе  предусмотрены  две  ступени  для  синхронизации 

устройств:  определение  ведущего  устройства  (1)  и  коррекция  разбега  во  времени, 

вызванного  смещением  отсчета  часов  в  каждом  устройстве  и  задержками  в  передаче 

данных по сети (2). 

При  инициализации  системы  протокол  PTP  использует  алгоритм  "наилучших 

ведущих часов" для определения самого точного источника синхронизации в сети. Такое 

устройство  становится  ведущим,  а  все  остальные  устройства  в  сети  –  ведомые  и 

подстраивают свои часы по ведущему устройству. Разница во времени между ведущим и 

ведомым  устройствами  является  комбинацией  смещения  отсчета  часов  и  задержки 

передачи синхронизирующего сообщения. Поэтому коррекция временного сдвига должна 

выполняться в два этапа: вычисление задержек передачи и сдвига, а затем их коррекция.  

Рассмотрим последовательность синхронизации часов двух устройств (рисунок 2).  

Ведущее устройство начинает коррекцию сдвига часов, используя сообщения Sync 

и  Follow-up.  В  сообщении  Follow-up  указывается  время  отправления  сообщения  Sync 

(ТМ1),  измеренное  наиболее  близко  к  среде  передачи  для  минимизации  ошибки  во 

времени  опорного  источника.  После  того,  как  ведомое  устройство  получает  первые 

сообщения  Sync  и  Follow-up,  оно  использует  свои  часы  для  отметки  времени  прибытия 

сообщения  Sync  (TS1)  и  сравнивает  данную  отметку  с  той,  что  пришла  от  ведущего 

устройства в сообщении Follow-up. Разница между этими  двумя метками  отражает сдвиг 

часов T0 плюс задержку передачи сообщения от ведущего устройства к ведомому ΔTMS: 

TS1  –  TM1  =  T0  +  ΔTMS.  Для  вычисления  времени  задержки  передачи  сообщения  и 

сдвига  отсчета  часов  ведомое  устройство  отправляет  сообщение  Delay_request  со  своим 

временем TS2. 

 

 

 

 

361 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

 

Рисунок 2 – Алгоритм работы РТР 

 

Ведущее  устройство  отмечает  прибытие  данного  сообщения  и  отправляет  в  ответ 

сообщение  Delay_response  меткой  TM2.  Разница  между  двумя  метками  –  это  задержка 

передачи  от  ведомого  устройства  к  ведущему  ΔTSM  минус  сдвиг  в  отсчете  ведомого 

устройства:  

 

 

TM2 – TS2 =ΔTSM – T0 

 

 

 

 (1.1) 

 

При вычислении задержки передачи сообщения принимается, что средняя задержка 

передачи данных в канале равна среднему арифметическому задержек распространения в 

разные стороны канала: 

 

 

∆Т=∆Т

MS

+∆T

SM

/2    

 

 

 

 

 (1.2) 

 

Зная  времена  TS1,  TM1,  TM2  и  TS2,  ведомое  устройство  вычисляет  усредненную 

задержку распространения в канале передачи данных: 

 

 

∆T= 

 

 

 

                   (1.3) 

 

Финальная  синхронизация  часов  выполняется  после  отправки  ведущим 

устройством  второго  набора  сообщений  Sync  (TS3)  и  Follow-up  (TM3).  Ведомое 

устройство вычисляет сдвиг своих часов по формуле  

 

 

T0 = TS3 – TM3 – ΔT     

 

 

 

(1.4) 

 

После  этого  ведомое  устройство  подстраивает  свои  часы  в  соответствии  с 

вычисленными  значениями.  Поскольку  опорные  источники  синхронизации  в  каждом 

устройстве  не  стабильны,  а  задержки  в  канале  могут  меняться  со  временем,  необходимо 

периодически повторять коррекцию часов ведомого устройства. 

Большинство  реализаций  PTP  имеют  отклонение  меньше    1мкс,    однако  реальная 

точность  работы  зависит  от  приложения.  Протокол  PTP  в  устройствах  реализуют  тремя 

способами:  программным,  программно-аппаратным  и  аппаратным.  Программные 

 

 

 

 

362 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

реализации РТР  позволяют  передавать  сигналы  синхронизации  с  точностью порядка  100 

мкс.  Чтобы  достичь  более  высокой  точности,  необходимо  использовать  аппаратные 

средства.  Каждый  компонент,  который  обрабатывает  пакет  PTP  после  его  получения  из 

физической  среды  передачи,  увеличивает  ошибку  синхронизации.  Программная  часть 

вносит  наибольшую  ошибку,  поскольку  загрузка  процессора  и  задержка,  связанная  с 

обработкой прерывания, влияют на скорость обработки запроса синхронизации.  

При  программно-аппаратной  реализации  наиболее  чувствительные  функции 

протокола,  такие  как  запись  временной  метки  PTP-пакета,  реализуются  на  физическом 

уровне  Ethernet  [7],  например,  в  отдельной  микросхеме  программируемой  логики.  Такие 

методы  сегодня  наиболее  оптимальны,  так  как  требуют  не  слишком  много  ресурсов  и 

времени на разработку устройства, позволяя добиться точности порядка 20нс.  

В случае же полной аппаратной реализации [8] протокола PTP достижима точность 

порядка 10 нс. Кроме способа реализации  на точность работы протокола РТР влияет ряд 

других  факторов.  Например,  стандарт  IEEE  1588  не  специфицирует  частоту 

синхронизации  ведущего  и  ведомого    устройств.  В  результате  синхросигналы  с  более 

низкой  частотой  будут  иметь  менее  точное  временное  разрешение,  приводящее  к  менее 

точным  временным  меткам  в  синхронизирующих  сообщениях.  Стабильность  частоты 

опорных генераторов также влияет на качество реализации протокола. 

Синхросигналы, 

полученные 

при 

использовании 

термостатированных 

и 

термокомпенсированных  кварцевых  генераторов,  будут  более  стабильны  (отклонение  в 

миллиардные доли), нежели кварцевые генераторы без термостабилизации (отклонение в 

миллионные доли).  

На  качество  синхронизации  устройств  влияет  также  топология  сети  и 

равномерность трафика. В сети с большим числом устройств и высокой загрузкой каналов 

передачи данных точность трансляции синхронизации будет хуже. Поэтому для передачи 

сигналов синхронизации предпочтительно использовать отдельную сеть передачи данных.   

Вывод: 

Протокол  PTP  является  альтернативным  способом  синхронизации  сетей,  который 

может  получить  распространение  в  сетях  NGN.  По  сравнению  с  используемыми  в  

настоящее  время  средствами  синхронизации,  данный  метод    обладает  рядом 

преимуществ: 

-  не  требуется  доступ  оборудования  напрямую  к  стыку  синхронизации  PRC,  что 

позволит операторам оптимизировать затраты на построение сети. При этом протокол РТР 

может  обеспечить  передачу  синхронизации  с  субмикросекундной  точностью,  а  значит, 

достижима стабильность лучше, чем 1 ppm;  

- в отличие от адаптивного метода, для восстановления синхронизации необходим 

высокостабильный опорный генератор только в ведущем устройстве;  

-  для  задач  синхронизации  можно  использовать  асинхронный  канал  со 

сравнительно  небольшой  пропускной  способностью,  что  значительно  уменьшает 

стоимость реализации. Предпочтительно, чтобы этот канал был выделенным.  

Принимая 

во 

внимание 

простоту 

развертывания 

сетей 

Ethernet, 

субмикросекундную  точность  и  функционирование    с  минимальными  затратами  на 

обработку сообщений, протокол PTP все чаще используется во многих отраслях, особенно  

в промышленной автоматике, в метрологии и т.п.  

 

ЛИТЕРАТУРА 

 

1.  Савчук  А.В.  Синхронизация  текущего  времени:  Протокол  сетевого  времени  /А.В. 

Савчук, В.Н. Шапошников, И.П. Черняк // Зв’язок. – 2007. – №6. – С.10-15. 

2.  Савчук  А.В.  Синхронизация  текущего  времени:  Протокол  прецизионного  времени  / 

А.В.Савчук, В.Н. Шапошников, И.П. Черняк // Зв’язок. – 2008. – №2. – С.28-33. 

 

 

 

 

363 

 

 

«РОЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИИ ПЯТИ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ 

РЕФОРМ», ПОСВЯЩЕННОЙ ПЛАНУ НАЦИИ  «100 КОНКРЕТНЫХ ШАГОВ» 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

3. Нетес В.А. Ethernet операторского класса / В.А. Нетес // Вестник связи. – 2010. – №11. 

4.  Вакась  В.  И.  Сравнительный  анализ  протоколов  временной  синхронизации  для  сетей 

нового  поколения  (NGN)  /  В.И.  Вакась,  И.П.  Черняк  //  19-я  Междунар.  Крымская  конф.  «СВЧ-

техника  и  телекоммуникационные  технологии»  (КрыМиКо’2009).  –  Материалы  конф.  – 

Севастополь: Вебер. – 2009. – С.289-290. 

5. Бакланов И.Г. Измерительное звено системной интеграции// Сети и системы связи, 1997, №2. 

6. 

CIP 

Standards 

[Электронный 

ресурс] 

NERC. 

– 

Режим 

доступа:http://www.nere.com/pa/Stand/Pages/CIPStandards.aspx. 

Introduction 

to 

NISTIP 

7628 

Guidelines  for  Smart  Grid  Cyber  Secuirity,  2010  [Электронный  ресурс]  SGIP.  –  2010  –  Режим 

доступа:http://www.nist.gov/smartgrid/upload/nistir - 7628_total.pdf. 

 

 

ӘОЖ  621.78.02 

Устемиров  Н.

  –  М.Тынышбаев  атындағы  Қазақ  Көлік  жəне  Коммуникациялар 

Академиясы (Қазақстан, Алматы қ.)

 

Аныкбаев  Б.Е. 

–  оқытушы,  М.Тынышбаев  атындағы  Қазақ  Көлік  жəне 

Коммуникациялар Академиясы (Қазақстан, Алматы қ.)

жүктеу 15,03 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: