Lichtbruecke
Lichtbruecke ist ein Projekt von datenwolf, welches die Entwicklung eines freiraumoptischen Kommunikationssystems mit dem selben Namen zum Ziel hat.
Git Repositories
Wie kam es zu der Idee
vrs und welterde haben sich in #ccc@blafasel übr Ronjas unterhalten. datenwolf ist in's Thema eingestiegen. Anmerkungen zu Ronja:
- recht altes Design
- kann nur 10MBit/s
- wird nicht richtig weiterentwickelt
Lichtbruecke vs. Ronja
- Ronja moduliert rein binär mit dem von 10BaseT vorgegebenen Leitungscode.
- Lichtbruecke erhöht die Bandbreite durch Verwendung von mehr als nur 2 diskreten Zuständen.
- 6 Zustände ermöglichen pro Takt 5 verschiedene Zustandswechsel
- kodiert 4 Bit + Parität
- ver-4-fachung Bandbreite
- Vielleicht mehr als 6 Zustände zuverlässig übertragbar?
- Höhere Modulationsfrequenz
- Ronja 10MHz
- Lichtbruecke 50MHz…100MHz (schaffen moderne LEDs spielend)
- Aufwendigere Modulationsverfahren?
- Aufteilung der Bits in diskrete Frequenzbänder
- kein OFDM o.ä. da diese Modulationsverfahren an die Phase des Trägers gekoppelt sind
- Bei AM-Modulation von Licht Phase des Trägers nicht mit vertretbarem Aufwand kontrollierbar
- Frequenzband-Diskretisierung in zeitlich kurzen Frames ⇒ Short Time Fourier Transformation ⇒
- Wavelets zur Modulation verwenden!
- Statusabfrage und Konfiguration
- In-Band-Signalling auf dem Ethernet-Interface vs. separater Management-Kanal
- In-Band:
- Lichtbruecke-HW eigene MAC-Adressen geben
- alle Frames die nicht an die eigene MAC gerichtet sind übertragen
- Frames an eigene MAC auswerten
- µC (flexibler) oder eigenes Protokoll welches vom FPGA umgesetzt wird
- Speziell formatierte Ethernet-Frames für Konfiguration/Statusabfrage
- braucht keine eigene MAC ist aber fehlerträchtig
- separater Kanal
- RS-232
- RS-485 (Uberbus?)
- 2. Ethernet-Schnittstelle?
- Diplex/Quadruplex-Modi
- zwei Wellenlängen
- 1000nm
- 1300nm
- zwei Polarisationsebenen
- zirkular oder planar
- linksdrehend bzw. vertikal
- rechtsdrehend bzw. horizonal
- Bis zu 600MBit/s im Quadruplex-Modus (vielleicht sogar 900MBit/s)
Lichtbrücke Hardware
Transmitter
GBit-Ethernet-PHY → FPGA → DAC → LED-Amplifier → LED → Optics
Receiver
Optics → Photodiode → Amplifier → ADC → FPGA → GBit-Ethernet-PHY
Parts
Ethernet-PHY
Ethernet-PHYs in der näheren Auswahl
- Vitesse Semiconductor Corp VSC8601
- 64-LQFP-Gehäuse (lötbar, vgl. Formica oder Moodlamp)
- günstig ~4$ bei DigiKey
FPGA
FPGAs in der näheren Auswahl
- Xilinx Inc XC3030L-8VQ64C-ND
- 64-TQFP-Gehäuse (lötbar, vgl. Formica oder Moodlamp)
Optik
Hauptspiegel
Mögliche Probleme, Ideen
- Wackeln/automatische Ausrichtung
- “Richte mir mal ne Ronja”/“Ich will nen Uplink von euch” automatisieren? → Im Idealfall nur anleuchten, und Ausrichtung erfolgt
- Eigentlich will man mit solchen Systeme feste Strecken einrichten.
- Methode für “Lichtbruecke on Demand” kann man sich ja mal überlegen.
- (Zusätliche, langsam modulierte LED obendrauf, die ohne Optik in alle Richtungen abstrahlt → Hilfe bei der Positionierung)
- Wetter
- Nebel/Schnee: Strahl möglichst breit auffächern (auch: weniger Augengefahr)
- muss man sowieso machen, da Divergenz eines Gauß'schen Strahlprofils umgekehrt proportional zum Strahldurchmesser.
- Verwendung von Hauptspiegeln von Amateur-Spiegelteleskopen
- sind vergleichsweise günstig
- sphärischer Schliff ermöglicht Offset-Anordung der Sende-/Empfangsdioden
- Plötzliche Abbrüche: Hand/Vogel kreuzt den Strahl (macht der Netzwerkpuffer das mit?)
- Sieht für das Netz aus wie jede andere Form von Störung
- Gerät das Störung erkennt sendet Jam-Signal
- Jam-Status löst bei den meisten modernen Netzwerk-Geräten automatisch einen Retransmit des gestörten Frames aus
- Falls kein Retransmit auf MAC-Ebene erfolgt, springt TCP ein.
Namen
- Lichtbrücke
- Birk (s. Ronja Räubertochter)
- [wie hieß die Brücke in Ronja Räubertochter?]