Оптична геоінформаційно-енергетична мережа із розподіленими світловими джерелами енергії

Реферат: Оптична геоінформаційно-енергетична мережа із розподіленими світловими джерелами енергії, яка містить енергостанцію, оптоволоконну магістраль передачі з n-інформаційноенергетичними каналами, електричні канали на основі металевих провідників, центр керування та оптико-енергетичного забезпечення, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, сервер тестування, сервер дистанційного навчання, пошуковий сервер, сервер бібліотечних ресурсів, сервер зберігання інформації, WEB-сервер та віддалених користувачів, об'єднані волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали, магістральні та локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, маршрутизатор для зв'язку з віддаленими користувачами, перший та другий магістральні комутатори, причому енергетичний вихід енергостанції підключений до енергетичного входу центру керування та оптикоенергетичного забезпечення, одна частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційноенергетичних каналів якого дуплексно підключена до магістрального шлюзу оптикоелектричного інформаційно-енергетичного перетворення, вихід якого через електричні канали на основі металевих провідників дуплексно зв'язаний з зовнішніми мережами, а друга частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів центру керування та оптико-енергетичного забезпечення дуплексно підключена до першого магістрального комутатора, вихідні канали якого також дуплексно підключені за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів до оптоволоконної магістралі передачі, що має 1…n - інформаційно-енергетичних каналів, яка в свою чергу дуплексно підключена до сервера обробки відеоінформації, сервера документообігу, сервера тестування, сервера дистанційного навчання, пошукового сервера, сервера бібліотечних ресурсів, сервера зберігання інформації та WEB-серверу через локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, а інші виходи з маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами дуплексно підключені до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення по об'єднаних волоконно-оптичних інформаційноенергетичних каналах, виходи локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно UA 88397 U (12) UA 88397 U енергетичного перетворення по електричних каналах на основі металевих провідників дуплексно підключені до віддалених користувачів, крім того, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, сервер тестування, сервер дистанційного навчання, пошуковий сервер, сервер бібліотечних ресурсів, сервер зберігання інформації, WEB-сервер та віддалені користувачі знаходяться на просторово рознесеному геопросторі. В мережу введено фотоелектричні джерела енергії сонячного випромінювання та спектральні джерела енергії сонячного випромінювання, причому виходи фотоелектричних джерел енергії сонячного випромінювання електрично підключені через електричні канали на основі металевих провідників до енергостанції, до центру керування та оптико-енергетичного забезпечення, а також до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, крім того, виходи спектральних джерел енергії сонячного випромінювання оптично підключені через об'єднані волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали до першого та другого магістральних комутаторів та до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами. При цьому на кожний сервер - свій шлюз і вихідні канали шлюзів підключені до серверів за допомогою електричних каналів на основі металевих провідників, а також, оптоволоконна магістраль передачі дуплексно підключена до другого магістрального комутатора, виходи якого підключені до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів. UA 88397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області оптичних комп'ютерних інформаційних мереж зокрема до універсальних інформаційно-енергетичних мереж та систем зв'язку і передачі інформації, та може знайти використання в задачах створення інформаційних оптичних мереж з високими показниками стабільності і енергетичної автономності роботи, високою швидкістю передачі інформації в каналах. Відома електроенергетична мережа [патент України № 21173, М. кл. Н02 J3/00 від 28.02.2000], що містить джерело змінного струму і споживача. Недоліком цієї системи є вузька галузь застосування за рахунок того, що вона не придатна для здійснення обміну інформацією між споживачами, а тому і для організації інформаційних мереж та систем управління з великим обсягом обороту інформації. Відома оптоволоконна система кабельного телебачення [патент СРСР № 1727211 М. кл. 5 H04N7/18 від 15.04.1992], що містить з'єднані головну станцію, магістральну розподільчу мережу, домові станції, домові розподільчі мережі та абонентські пристрої. Недоліком такої системи є односторонність інформаційного потоку, та відносно нижча стабільність роботи за рахунок відсутності енергетичної автономності та залежності від зовнішніх джерел енергії, таких як енергетична мережа. Оскільки існує необхідність підживлення активних елементів мережі від електроенергетичної мережі, то це збільшує імовірність збою при передачі і обробленні інформації при відключенні живлення. Відома одномодова двонаправлена широкосмугова система зв'язку [патент України № 56915, М. кл. Н04 В 10/24 від 15.05.2003, Бюл. N 5, 2003 р.], що містить два джерела і два приймача оптичних сигналів, два одномодових двонаправлених У-розгалужувачі і одномодову одноволоконну з'єднувальну лінію. Недоліком такої системи є неможливість автономного енергетичного забезпечення кінцевого обладнання протилежного абонента, що обумовлює меншу інформаційну стабільність та збільшує ймовірність відмови обладнання зв'язку та оброблення інформації. Відома універсальна геоінформаційно-енергетична мережа [патент України № 18683, М. кл. Н04 N 7/00 від 15.11.2006, Бюл. N 11, 2006 р.], що містить енергостанцію, пристрій введення відеоінформації, комутатори та з'єднання провідником із волокна у металевій оболонці, центр керування, що складається з сервера тестування, сервера дистанційного навчання, сервера документообігу, сервера бібліотечних ресурсів, сервера обробки інформації від інших пристроїв, пошукового сервера, інформаційного сервера, сервера обробки відеоінформації, сервера зберігання інформації, пристроїв введення відеоінформації, пристроїв виведення відеоінформації, центрального комутатора, який складається з комутатора керування регіональними мережами та комутатора магістралі передачі інформації від інших пристроїв, а також локальні комутатори, регіональні мережі, що містять n блоків установ, що обслуговуються, які включають сервери обробки інформації, сервери обробки відеоінформації, пристрої введення-виведення відеоінформації, локальні мережі, а також центр керування регіонального рівня, що містить сервер обробки інформації, сервер зберігання інформації, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, пристрої введення-виведення відеоінформації, при цьому сервер тестування, сервер документообігу, сервер дистанційного навчання, сервер бібліотечних ресурсів, пошуковий сервер, сервер обробки відеоінформації, сервер обробки інформації від інших пристроїв, інформаційний сервер та сервер зберігання інформації центру керування через комутатор підключені до оптоволоконної магістралі передачі інформації за гілками транспортного потоку, куди також підключені волокна передачі інформації від інших мереж та пристроїв магістралей передачі інформації за гілками транспортного потоку, а також підключені через комутатор сервери обробки інформації, сервери зберігання інформації, сервери обробки відеоінформації, сервери документообігу, пристрої введення та виведення відеоінформації, що входять до складу центрів керування мереж регіонального рівня, які в свою чергу через комутатор за допомогою волоконно-оптичної магістралі підключені до комутаторів n, блоків установ, що обслуговуються, а саме до серверів обробки інформації, серверів обробки відеоінформації, локальних мереж, пристроїв введення-виведення відеоінформації, при цьому магістралі передачі інформації за вітками транспортного потоку через свою металеву оболонку з'єднані з енергостанцією. Недоліком такої системи є неможливість забезпечення автономного енергетичного забезпечення кінцевого обладнання протилежного абонента, що обумовлює меншу інформаційну стабільність та збільшує ймовірність відмови обладнання зв'язку та оброблення інформації. Найбільш близькою до запропонованої є повністю оптична геоінформаційно-енергетична система [патент України № 33184, МПК Н04 N 7/00 від 10.06.2008, бюл. № 11, 2008 р.], що містить енергостанцію, оптоволоконну магістраль передачі, що містить n-інформаційно 1 UA 88397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 енергетичних каналів, електричні канали на основі металевих провідників, центр керування, що в подальшому називається центр керування та оптико-енергетичного забезпечення, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, сервер тестування, сервер дистанційного навчання, пошуковий сервер, сервер бібліотечних ресурсів, сервер зберігання інформації, WEBсервер та віддалених користувачів, а також об'єднані волоконно-оптичні інформаційноенергетичні канали, магістральні та локальні шлюзи оптико-електричного інформаційноенергетичного перетворення, маршрутизатор для зв'язку з віддаленими користувачами, перший та другий магістральні комутатори, причому енергетичний вихід енергостанції підключений до енергетичного входу центру керування та оптико-енергетичного забезпечення, одна частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів якого дуплексно підключена до магістрального шлюзу оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, вихід якого через електричні канали на основі металевих провідників дуплексно підключений до зовнішніх мереж, а друга частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів центру керування та оптико-енергетичного забезпечення дуплексно підключена до першого магістрального комутатора, вихідні канали якого також дуплексно підключені за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційноенергетичних каналів до оптоволоконної магістралі передачі, що має 1…n - інформаційноенергетичних каналів, яка в свою чергу дуплексно підключена до сервера обробки відеоінформації, сервера документообігу, сервера тестування, сервера дистанційного навчання, пошукового сервера, сервера бібліотечних ресурсів, сервера зберігання інформації та WEB-сервера через локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, причому на кожний - сервер свій шлюз і вихідні канали шлюзів підключені до серверів за допомогою електричних каналів на основі металевих провідників, а також, оптоволоконна магістраль передачі дуплексно підключена до другого магістрального комутатора виходи якого під'єднуються до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів, а інші виходи з маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами дуплексно підключені до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення по об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналах, виходи локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення по електричних каналах на основі металевих провідників дуплексно підключаються до віддалених користувачів, крім того, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, сервер тестування, сервер дистанційного навчання, пошуковий сервер, сервер бібліотечних ресурсів, сервер зберігання інформації, WEB-сервер та віддалені користувачі знаходяться на просторово рознесеному геопросторі. Недоліками даної мережі є неможливість забезпечення автономного енергетичного забезпечення кінцевого обладнання та проміжних елементі системи, що обумовлює меншу інформаційну стабільність та збільшує ймовірність відмови обладнання зв'язку та оброблення інформації. В основу корисної моделі поставлена задача створення оптичної геоінформаційноенергетичної мережі із розподіленими світловими джерелами енергії, з вищою інформаційною стабільністю функціонування кінцевого обладнання та проміжних елементів мережі, а також з розширеними функціональними можливостями. Поставлена задача вирішується тим, що оптична геоінформаційно-енергетична мережа із розподіленими світловими джерелами енергії, яка містить енергостанцію, оптоволоконну магістраль передачі з n-інформаційно-енергетичними каналами, електричні канали на основі металевих провідників, центр керування та оптико-енергетичного забезпечення, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, сервер тестування, сервер дистанційного навчання, пошуковий сервер, сервер бібліотечних ресурсів, сервер зберігання інформації, WEB-сервер та віддалених користувачів, об'єднані волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали, магістральні та локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, маршрутизатор для зв'язку з віддаленими користувачами, перший та другий магістральні комутатори, причому енергетичний вихід енергостанції підключений до енергетичного входу центру керування та оптико-енергетичного забезпечення, одна частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів якого дуплексно підключена до магістрального шлюзу оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, вихід якого через електричні канали на основі металевих провідників дуплексно зв'язаний з зовнішніми мережами, а друга частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів центру керування та оптико-енергетичного забезпечення дуплексно підключена до першого магістрального комутатора вихідні канали якого також 2 UA 88397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 дуплексно підключені за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційноенергетичних каналів до оптоволоконної магістралі передачі, що має 1…n-інформаційноенергетичних каналів, яка в свою чергу дуплексно підключена до сервера обробки відеоінформації, сервера документообігу, сервера тестування, сервера дистанційного навчання, пошукового сервера, сервера бібліотечних ресурсів, сервера зберігання інформації та WEB-сервера через локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, а інші виходи з маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами дуплексно підключені до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення по об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналах, виходи локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення по електричним каналам на основі металевих провідників дуплексно підключені до віддалених користувачів, крім того, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, сервер тестування, сервер дистанційного навчання, пошуковий сервер, сервер бібліотечних ресурсів, сервер зберігання інформації, WEB-сервер та віддалені користувачі знаходяться на просторово рознесеному геопросторі, містить фотоелектричні джерела енергії сонячного випромінювання та спектральні джерела енергії сонячного випромінювання, причому виходи фотоелектричних джерел енергії сонячного випромінювання електрично підключені через електричні канали на основі металевих провідників до енергостанції, до центру керування та оптико-енергетичного забезпечення, а також до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, крім того, виходи спектральних джерел енергії сонячного випромінювання оптично підключені через об'єднані волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали до першого та другого магістральних комутаторів та до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами, до складу кожного фотоелектричного джерела енергії сонячного випромінювання входять електрично з'єднані фотоелектричні перетворювачі, акумуляторні елементи накопичення електроенергії, контролер заряду цих елементів та інверторний блок перетворення, до складу кожного спектрального джерела енергії сонячного випромінювання входять оптично з'єднані концентратор випромінювання, об'єднувач, та спектральний перетворювач енергії, причому на кожний сервер - свій шлюз і вихідні канали шлюзів підключені до серверів за допомогою електричних каналів на основі металевих провідників, а також, оптоволоконна магістраль передачі дуплексно підключена до другого магістрального комутатора, виходи якого підключені до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів. На кресленні зображено структурну схему оптичної геоінформаційно-енергетичної мережі із розподіленими світловими джерелами енергії. Оптична геоінформаційно-енергетична мережа із розподіленими світловими джерелами енергії містить енергостанцію 1, оптоволоконну магістраль передачі 15, центр керування та оптико-енергетичного забезпечення 2, сервер обробки відеоінформації 6, сервер документообігу 7, сервер тестування 8, сервер дистанційного навчання 9, пошуковий сервер 10, сервер бібліотечних ресурсів 11, сервер зберігання інформації 13, WEB-сервер 12 та віддалених користувачів 16, а також об'єднані волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали 17, електричні канали на основі металевих провідників 18, магістральний шлюз оптикоелектричного інформаційно-енергетичного перетворення 3 та локальні шлюзи оптикоелектричного інформаційно-енергетичного перетворення 14, перший 4.1 та другий 4.2 магістральні комутатори, маршрутизатор для зв'язку з віддаленими користувачами 5, фотоелектричні джерела енергії сонячного випромінювання 19 та спектральні джерела енергії сонячного випромінювання 20. До складу кожного фотоелектричного джерела енергії сонячного випромінювання 19 входять фотоелектричні перетворювачі 21, акумуляторні елементи накопичення електроенергії 22, контролер заряду 23 цих елементів та інверторний блок перетворення 24, а до складу кожного спектрального джерела енергії сонячного випромінювання 20 входять концентратор випромінювання 25, об'єднувач 26, та спектральний перетворювач енергії 27. При цьому енергетичний вихід енергостанції 1 підключений до енергетичного входу центру керування та оптико-енергетичного забезпечення 2, одна частина об'єднаних волоконнооптичних інформаційно-енергетичних каналів 17 якого дуплексно підключена до магістрального шлюзу оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 3, вихід якого через електричні канали на основі металевих провідників 18 дуплексно зв'язаний з зовнішніми мережами, а друга частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів 17 центру керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 дуплексно підключена до першого магістрального комутатора 4.1 вихідні канали якого також дуплексно підключені за допомогою 3 UA 88397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів 17 до оптоволоконної магістралі передачі 15, що має 1…n - інформаційно-енергетичних каналів, яка в свою чергу дуплексно підключена до сервера обробки відеоінформації 6, сервера документообігу 7, сервера тестування 8, сервера дистанційного навчання 9, пошукового сервера 10, сервера бібліотечних ресурсів 11, сервера зберігання інформації 13 та WEB-сервера 12 через локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 14, причому на кожний сервер свій шлюз і вихідні канали шлюзів підключені до серверів 6-13 за допомогою електричних каналів на основі металевих провідників 18, а також, оптоволоконна магістраль передачі 15 дуплексно підключена до другого магістрального комутатора 4.2, виходи якого під'єднуються до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами 5 за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів 17, а інші виходи з маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами 5 дуплексно підключаються до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 14 по об'єднаним волоконно-оптичним інформаційно-енергетичним каналам 17, виходи локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 14 по електричним каналам на основі металевих провідників 18 дуплексно підключаються до віддалених користувачів 16, крім того сервер обробки відеоінформації 6, сервер документообігу 7, сервер тестування 8, сервер дистанційного навчання 9, пошуковий сервер 10, сервер бібліотечних ресурсів 11, сервер зберігання інформації 13, WEB-сервер 12 та віддалені користувачі 16 знаходяться на просторово рознесеному геопросторі і не входять до складу центру керування та оптико-енергетичного забезпечення 2. Крім того, виходи фотоелектричних джерел енергії сонячного випромінювання 19 електрично підключені через електричні канали на основі металевих провідників 18 до енергостанції 1, до центру керування та оптико-енергетичного забезпечення 2, а також до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 14, крім того, виходи спектральних джерел енергії сонячного випромінювання 20 оптично підключені через об'єднані волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали 17 до першого 4.1 та другого 4.2 магістральних комутаторів та до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами 5, У складі кожного фотоелектричного джерела енергії сонячного випромінювання 19 послідовно електрично підключені фотоелектричні перетворювачі 21, акумуляторні елементи накопичення електроенергії 22, контролер заряду 23 цих елементів та інверторний блок перетворення 34, а у складі кожного спектрального джерела енергії сонячного випромінювання 20 послідовно оптично з'єднані концентратор випромінювання 25, об'єднувач 26, та спектральний перетворювач енергії 27. Такі зв'язки як: енергостанції 1 з центром керування та оптико-енергетичного забезпечення 2, усіх локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 14 та магістрального шлюзу оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 3 з зовнішніми сегментами системи, віддаленими користувачами 16 та серверами 6-13, а також із фотоелектричними джерелами енергії сонячного випромінювання 19 виконані на основі електричних каналів на основі металевих провідників 18. Таким чином забезпечується узгодження каналів, так як вищезазначені пристрої працюють на основі електричних сигналів і електричного живлення. Оптична геоінформаційно-енергетична мережа із розподіленими світловими джерелами енергії працює наступним чином. Енергостанція 1 виробляє електричну енергію для живлення всієї системи. Як енергостанція 1 може виступати локальна місцева або центральною електростанцією будь-якого типу з необхідною величиною вихідної електричної потужності [кВт/год.] [МВт/год.], що розподіляється між споживачами оптичної геоінформаційноенергетичної мережі із розподіленими світловими джерелами енергії. Центр керування та оптико-енергетичного забезпечення 2, який є головним елементом всієї системи реалізує функції перетворення електричної енергії призначеної для живлення компонентів системи в оптичну у вигляді набору довжин хвиль λi з близько розташованими спектрами Δλi та з великою величиною густини оптичної потужності  1 Sсерц. оптов олокна 55 N  Pопт.i  i1 1 r N P i 2  опт. i1 в кожному із волокон. У формулі:  - густина оптичної потужності у волокні; Pопт.i - оптична потужність в одному спектральному каналі з довжиною хвилі i ; r - радіус серцевини оптичного волокна; N - число каналів у оптичному волокні, організованих за принципом оптичного хвильового мультиплексування WDM (Wave Division Multiplexing). Центр керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 забезпечує введення і 4 UA 88397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оптимальний розподіл оптичної енергії із набору спектральних ліній у об'єднані волоконнооптичні інформаційно-енергетичні канали. Крім того, на оптичних портах в центрі керування та оптико-енергетичного забезпечення забезпечується технологія хвильового мультиплексування довжин хвиль, що дає змогу змішати енергетичні канали з інформаційними у одному волокні. Таким чином, перетворюючи електричну енергію живлення в оптичну центр керування та оптико-енергетичного забезпечення виконує функцію енергетичного оптико-електронного перетворення. У оптичних портах центру керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 може використовуватись два види технології WDM: DWDM (Densely Wave Division Multiplexing) та CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing). Реалізація енергетичних каналів по оптичному волокну є однонаправленою, тобто від центру керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 до кінцевих елементів даної системи включаючи віддалених користувачів 16 і кінцеві елементи інших мереж. Це вдвічі спрощує апаратне виконання оптичних енергетичних трактів системи, тобто енергетичні джерела світлового випромінювання, такі як потужні лазери потрібно встановлювати лише у центрі керування та оптико-енергетичного забезпечення 2. Центр керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 є дуже складною системою, і крім функцій забезпечення і оптимального розподілу енергії у вигляді світла високої енергетичної густини виконує функції інтелектуального управління всією системою включаючи підтримку мережевих протоколів передачі інформації, управління мереженими вузлами, такими як локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення і магістральні комутатори 4.1, 4.2, магістральний маршрутизатор для зв'язку з віддаленими абонентами 5 і забезпечує мережений зв'язок з всіма серверами 6-13 мережі і підтримку зв'язку з зовнішніми мережами, наприклад також геоінформаційно-енергетичними системами. Завдяки прозорості для мережених протоколів центра керування та оптико-енергетичного забезпечення 2, шляхом подачі команд керування на магістральний шлюз оптико-електричного інформаційноенергетичного перетворення 3, можуть бути організовані і підтримані більшість відомих топологій зовнішніх мереж, а також легко організоване масштабування системи шляхом нарощування систем такої ж архітектури. Такі елементи системи як магістральний 3 та локальні 14 шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення також реалізують функції енергетичного оптоелектронного перетворення. Так як різні сегменти мережі системи працюють на різних принципах енергетичного живлення: у одних - це живлення відбувається за рахунок підключення до волокна із світловими енергетичними каналами, це - магістральні комутатори 4.1 і 4.2 та власне і самі локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 14, а в других - живлення реалізується від загально використовуваних електричних ліній на основі металевих провідників 18, це: всі сервери 6-13 даної системи, віддалені користувачі 16, а також сегменти зовнішніх інформаційних мереж, що працюють на електричних сигналах. Магістральний 3 та локальні 14 шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення забезпечують вивід інформації та енергії з волоконних ліній. Вони також функціонують на основі спектрального ущільнення оптичних каналів WDM. Інформаційні частини їх виконують відповідну протокольну обробку інформації, необхідну для об'єднання різних сегментів, протоколи передачі і фізичні рівні передачі інформації в яких різні. А також виконуються перетворення оптичної енергії в електричну. Як вже зазначалося, що реалізація енергетичних каналів по оптичному волокну є однонаправленою, що спрощує апаратну побудову магістральний 3 та локальні 14 шлюзи. При відсутності потужних лазерних випромінювачів що потребуються систем охолодження, пуску, управління і займають багато місця, габарити вищезазначених шлюзів не є значно великими, що дозволяє розміщувати їх у середині будівель. Габарити фотоперетворювачів енергії, що знаходяться у шлюзах 3 та 14 також не є значними. Магістральні комутатори 4 виконують функції перемикання і організації інформаційних та енергетичних каналів між вузловими елементами системи. Вони повинні задовольняти дві умови: 1) бути максимально прозорими (підтримувати) для більшості відомих мережених протоколів, наприклад таким як Ethernet, Fast Ethernet та інші; 2) виконувати комутацію та перерозподіл енергетичних потоків між елементами системи згідно з командами керування, що надходять з центру керування та енергетичного забезпечення. Магістральний маршрутизатор 5 виконує функцію організації транспортних маршрутів інформаційно-енергетичних потоків у відповідності з командами керування із центру керування 5 UA 88397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та енергетичного забезпечення 2 та запитами з віддалених сегментів зовнішніх мереж та віддалених користувачів 16. Сервери системи 6-13, що розташовані на рознесеному геопросторі виконують функції обробки, зберігання та передачі інформації відповідно свого призначення. Завдяки використанню принципу структурованих даних, тобто, коли відеоінформація обробляється сервером відеоінформації, документообіг реалізується за допомогою сервера документообігу і т.п. досягається максимальна швидкодія обробки та передачі інформації у всій системі. Це відповідає сучасним напрямкам розвитку інформаційних ресурсів, підтримці стандартів швидкісного обміну даними в мережах Інтернет (WEB X.0), закритих віртуальних корпоративних мережах VPN, та просторово рознесених локальних мережах VLAN. Віддалені користувачі 16 є звичайними персональними комп'ютерами чи віддаленими серверами інших мереж, що живляться від електричних каналів локальних шлюзів оптикоелектричного інформаційно-енергетичного перетворення 14. Інформаційні ж канали у віддалених сегментах інших мереж чи віддалених користувачів 16 можуть бути як волоконнооптичним, так і електричними в залежності від необхідної швидкості передачі інформації. Лінії зв'язку в повністю оптичній інформаційно-енергетичній системі переважно виконані як об'єднані волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали 17 на основі спеціалізованого оптичного волокна з високим робочим параметром оптичної густини потужності ρ та великим діаметром 2r>600-900 мкм. Волоконно-оптичні канали можуть бути як одномодовими, так і багатомодовими, в залежності від висунутих вимог до організації передачі інформації. Але в об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналах 17 повинно використовуватись переважно багатомодове волокно із великим діаметром, виходячи з обмежень по густині оптичної потужності р. Електричні канали на основі металевих провідників 18 використовуються в даній системі тільки на кінцевих точках мережі системи, і призначені для узгодження з іншими мережами чи користувачами за видом робочої енергії тобто електричної. Такі кінцеві елементи наприклад як сервери чи персональні комп'ютери користувачів передбачені для живлення від міжнародної електричної мережі ~ 220-23 ОВ по електричним провідникам. В процесі роботи енергостанція 1 по електричних каналах на основі металевих провідників 18 забезпечує живлення центру керування та оптико-енергетичного забезпечення 2, який в свою чергу перетворює електричну енергію в енергію світлового випромінювання і спрямовує її у об'єднанні волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали 17 разом із оптичним інформаційним потоком, який даний центр обробляє. По принципах запитів від інших елементів системи і команд керування на ці елементи центр керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 реалізує повний контроль та обробку інформаційних ресурсів системи, включаючи інформаційні потоки від серверів 6-13, та крім того, реалізує оптимальне управління розподілом оптичної енергії між всіма елементами системи. Центр керування та оптикоенергетичного забезпечення 2 через перший магістральний комутатор 4.1, що підключений до оптоволоконної магістралі передачі 15, що має 1…n - інформаційно-енергетичних каналів та локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 14 зв'язується з сервером обробки відеоінформації 6, сервером документообігу 7, сервером тестування 8, сервером дистанційного навчання 9, пошуковим сервером 10, сервером бібліотечних ресурсів 11, сервером зберігання інформації 13, WEB-сервером 12 та обробляє запити від них і відповідно організовує транспортні потоки як в середині системи, так і ззовні та часткову обробку структурованих даних з цих серверів, а також забезпечує енергетичне живлення серверів 6-13. Також в цьому напрямку реалізовані як прямі, так і зворотні службові інформаційні канали по об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналах 17, в яких в центр керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 передається інформація про стани та енергетичне живлення елементів системи. Через перший магістральний комутатор 4.1, та оптоволоконну магістралі передачі 15 що підключена до нього, центр керування та оптикоенергетичного забезпечення 2 зв'язується через другий магістральний комутатор 4.2 та маршрутизатор для зв'язку з віддаленими користувачами 5 з віддаленими сегментами мережі та віддаленими користувачами 16 та також організовує обробку інформації від останніх та організацію каналів зв'язку. Інформація, що прийшла від віддалених користувачів 16 відповідним чином обробляється і направляється на необхідні сервери і навпаки. Також через перший магістральний комутатор 4.1, та оптоволоконну магістраль передачі 15 що підключена до нього, центр керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 передає світлові енергетичні потоки через другий магістральний комутатор 4.2 та маршрутизатор для зв'язку з віддаленими користувачами 5 і локальні шлюзи оптико-електричного інформаційноенергетичного перетворення 14 на віддалені сегментами мережі та віддаленим користувачам 6 UA 88397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 16 для забезпечення живленням останніх. Через зворотні інформаційні канали передається службова інформація відповідно протоколів про стани цих сегментів і рівні їх енергетичного забезпечення. Центр керування та оптико-енергетичного забезпечення 2 підключений до магістрального шлюзу оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 3, який забезпечує живлення і інформаційний обмін зовнішніх мереж, які можуть бути підключені, наприклад, такі як глобальна інформаційно-енергетична мережа, локальні чи закриті корпоративні мережі. В мережі забезпечується повністю автономне енергетичне живлення від альтернативних джерел сонячного випромінювання: - фотоелектричні джерела енергії сонячного випромінювання 19; - спектральні джерела енергії сонячного випромінювання 20. Фотоелектричні джерела енергії сонячного випромінювання 19 приймаючі енергію від випромінювання Сонця в оптичному та інфрачервоному діапазоні спектру перетворюють її в електричну (з ККД від 18 до 45 %) та подаються у вигляді визначених значень енергії струму та напруги по електричним каналам на основі металевих провідників 18 до енергостанції 1, до центру керування та оптикоенергетичного забезпечення 2, а також до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення 14. Таким чином, забезпечується їх повністю автономна робота і незалежність від зовнішніх джерел електроенергії по енергетичній складовій. Таким чином, підвищується надійність роботи цих складових мережі. Фотоелектричні джерела енергії сонячного випромінювання 19 працюють як автономні фотоелектричні мініенергостанції. Енергія сонячного випромінювання в оптичному та інфрачервоному діапазоні спектра перетворюється в електричну фотоелектричними перетворювачами 21. Після чого, подається через контролер заряду 23. на акумуляторні елементи накопичення електроенергії 22, де накопичується для використання в нічний час доби або за умов недостатньої інтенсивності сонячного випромінювання. В режимі роботи від акумуляторних елементів накопичення електроенергії 22, електрична енергіяподається на інверторні блоки перетворення 24 в складі кожного фотоелектричного джерела енергії сонячного випромінювання 19. Інверторні блоки перетворення 24 виконують функції узгодження і перетворення рівня напруг та роду струму (постійний або змінний)електроенергії, контроль рівня струму та аварійне вимкнення вихідних ланок у випадках аварійних станів та коротких замикань. Електричний вихід з інверторних блоків перетворення 24 які зв'язані із електричними каналами на основі металевих провідників 18 є електричним виходом фотоелектричних джерел енергії сонячного випромінювання 19. Фотоелектричні джерела енергії сонячного випромінювання 19 розміщені розподілено в структурі мережі і можуть функціонувати як у постійному режимі забезпечуючи необхідне енергетичне підживлення, так і в аварійному режимі, при зникненні енергопостачання від енергостанції 1. Спектральні джерела енергії сонячного випромінювання 20 працюють перетворюючі енергію сонячного випромінювання у видимому та інфрачервоному або у іншому діапазоні спектра в енергію оптичного випромінювання суто інфрачервоного (14) діапазону спектра. Таким чином, шляхом усунення ланки перетворення світлової енергії в електричну, можна досягти підвищення ефективності утилізації енергії від альтернативних світлових джерел. Сонячне світло потрапляючи на концентратор випромінювання 25 в складі кожного з спектральних джерел енергії сонячного випромінювання 20, концентрується та направляється на спектральний перетворювач енергії 27, який забезпечує перетворення світлового спектра в інфрачервоний діапазон випромінювання з визначеним відсотком ефективності (ККД). Спектральний перетворювач енергії 27 реалізований на базі квантових механізмів перетворення світлової енергії і основується на принципах резонансного оптичного накачування парів лужних металів та перетворення енергії спектра оптичного випромінювання. Після спектрального перетворювача енергії 27 інфрачервоне (14) випромінювання направляється на об'єднувач 26, який просторово об'єднує вихідне оптичне випромінювання і направляє його на вихід в спектральних джерелах енергії сонячного випромінювання 20, який оптично зв'язаний із об'єднаними волоконно-оптичними інформаційно-енергетичними каналами 17. Таким чином, спектральні джерела енергії сонячного випромінювання 20 виконують функцію забезпечення і подачі енергією у вигляді оптичного випромінювання інфрачервоного діапазону у об'єднані волоконно-оптичні інформаційно-енергетичні канали 17. Після чого, енергія по цих каналах подається на інші складові мережі, зокрема на магістральний шлюз оптикоелектричного інформаційно-енергетичного перетворення 3 та локальні шлюзи оптикоелектричного інформаційно-енергетичного перетворення 14, де в подальшому може перетворюватись в електричну для живлення інших компонентних блоків мережі. 7 UA 88397 U 5 10 15 20 25 30 35 Слід зазначити, що в оптичній геоінформаційно-енергетичній мережі із розподіленими світловими джерелами енергії реалізований універсальний принцип використання як електричної, так і оптичної форм енергії від альтернативних відновлювальних енергетичних ресурсів - сонячного випромінювання. Розподілена структура енергетичних джерел в мережі дозволяє значно підвищити енергетичну автономність та робить архітектуру оптичної мережі повністю автономною по енергетичній складовій, що підвищує інформаційну стабільність функціонування. Використання двох видів світлових джерел: фотоелектричних 19 та спектральних 20 джерел енергії сонячного випромінювання, а також двох типів каналів: об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів 17, електричних каналів на основі металевих провідників 18 дозволяє підвищити інформаційну стабільність функціонування та розширити функціональні можливості шляхом оперування із різними видами енергії та виконання функцій керування енергетично автономними оптичними потоками. В даній мережі досягається можливість легкого розширення, за рахунок підключення до сегментів інших інформаційних систем і мереж, гнучкість топології за рахунок реконфігурації чи об'єднання у окремі сегменти таких систем через магістральні шлюзи, а також підтримка інших типів мереж, за рахунок прозорості протоколів, що можуть бути використані в даній системі. Завдяки дуплексній реалізації інформаційних каналів забезпечуються режими контролю елементів системи по зворотних каналах. Також забезпечується передача енергії живлення всім елементам системи по волоконно-оптичним каналам з малим відсотком втрат. По виходах фотоелектричних джерел енергії сонячного випромінювання 20 подається електричний струм через електричні канали на основі металевих провідників 18 також і до енергостанції 1 та центру керування та оптико-енергетичного забезпечення 2. Це, на відміну від попередніх розробок і прототипу, реалізує високо стабільну розподілену ієрархічну децентралізовану структуру розподіл та передавання енергії живлення. Оптична геоінформаційно-енергетична мережа із розподіленими світловими джерелами енергії є оптичною мережею як по інформаційних якісних показниках, так і по енергетичних. За рахунок цього можливою є побудова масштабованих та максимально стандартизованих універсальних оптичних мереж, що можуть бути сконфігуровані у різні топології, а енергетичні канали поєднані з інформаційними в одному середовищі. Побудована за таким принципом мережа завдяки принципу структуровано-розміщеної інформації і просторово-рознесеним апаратним ресурсам, що з'єднуються між собою по високошвидкісних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналах є універсальною, високошвидкісною та високо стабільною, а також має можливістю масштабування та узгодження із іншими сегментами зовнішніх інформаційних мереж. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 60 Оптична геоінформаційно-енергетична мережа із розподіленими світловими джерелами енергії, яка містить енергостанцію, оптоволоконну магістраль передачі з n-інформаційно-енергетичними каналами, електричні канали на основі металевих провідників, центр керування та оптикоенергетичного забезпечення, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, сервер тестування, сервер дистанційного навчання, пошуковий сервер, сервер бібліотечних ресурсів, сервер зберігання інформації, WEB-сервер та віддалених користувачів, об'єднані волоконнооптичні інформаційно-енергетичні канали, магістральні та локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, маршрутизатор для зв'язку з віддаленими користувачами, перший та другий магістральні комутатори, причому енергетичний вихід енергостанції підключений до енергетичного входу центру керування та оптико-енергетичного забезпечення, одна частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів якого дуплексно підключена до магістрального шлюзу оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення, вихід якого через електричні канали на основі металевих провідників дуплексно зв'язаний з зовнішніми мережами, а друга частина об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів центру керування та оптикоенергетичного забезпечення дуплексно підключена до першого магістрального комутатора, вихідні канали якого також дуплексно підключені за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів до оптоволоконної магістралі передачі, що має 1…n інформаційно-енергетичних каналів, яка в свою чергу дуплексно підключена до сервера обробки відеоінформації, серверу документообігу, сервера тестування, сервера дистанційного навчання, пошукового сервера, сервера бібліотечних ресурсів, сервера зберігання інформації та WEB-сервера через локальні шлюзи оптико-електричного інформаційно-енергетичного 8 UA 88397 U 5 10 15 20 25 перетворення, а інші виходи з маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами дуплексно підключені до локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення по об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналах, виходи локальних шлюзів оптико-електричного інформаційно-енергетичного перетворення по електричних каналах на основі металевих провідників дуплексно підключені до віддалених користувачів, крім того, сервер обробки відеоінформації, сервер документообігу, сервер тестування, сервер дистанційного навчання, пошуковий сервер, сервер бібліотечних ресурсів, сервер зберігання інформації, WEB-сервер та віддалені користувачі знаходяться на просторово рознесеному геопросторі, яка відрізняється тим, що в неї введено фотоелектричні джерела енергії сонячного випромінювання та спектральні джерела енергії сонячного випромінювання, причому виходи фотоелектричних джерел енергії сонячного випромінювання електрично підключені через електричні канали на основі металевих провідників до енергостанції, до центру керування та оптико-енергетичного забезпечення, а також до локальних шлюзів оптикоелектричного інформаційно-енергетичного перетворення, крім того, виходи спектральних джерел енергії сонячного випромінювання оптично підключені через об'єднані волоконнооптичні інформаційно-енергетичні канали до першого та другого магістральних комутаторів та до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами, до складу кожного фотоелектричного джерела енергії сонячного випромінювання входять електрично з'єднані фотоелектричні перетворювачі, акумуляторні елементи накопичення електроенергії, контролер заряду цих елементів та інверторний блок перетворення, до складу кожного спектрального джерела енергії сонячного випромінювання входять оптично з'єднані концентратор випромінювання, об'єднувач та спектральний перетворювач енергії, причому на кожний сервер свій шлюз і вихідні канали шлюзів підключені до серверів за допомогою електричних каналів на основі металевих провідників, а також, оптоволоконна магістраль передачі дуплексно підключена до другого магістрального комутатора, виходи якого підключені до маршрутизатора для зв'язку з віддаленими користувачами за допомогою об'єднаних волоконно-оптичних інформаційно-енергетичних каналів. 9 UA 88397 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10