ロニャ
光ポイントツーポイント自由空間光データリンク
高輝度LED1個と安価なルーペレンズを組み合わせることで、明るく細いビーム[1]を生成し、近隣地域にDVD品質の映像をストリーミング配信することができます。赤色ビームは、遮るもののない経路の外側からは見えません。
直径130ミリメートル（5.1インチ）のレンズを備えたTwibright Ronja。可視赤色光を用いて1,205メートル（1,318ヤード）のリンクで動作し、最大1,300メートル（1,400ヤード）の通信距離を誇る。HPWT-BD00-E4000 LED送信機を搭載。チェコ共和国の屋上に設置され、右側にユーザ​​ーがポーズをとっている。[2] [3]
ピンク色のゴムブロックが予め装着された3本のボルトは、ギア比1:300で光学ヘッドの方向を微調整することを容易にします。[1]右側のボルトは、光学ヘッドを必要な方向に向けることができる粗調整機構の一部です。
霧がRONJAビームを妨害し、干渉を引き起こして接続を危険にさらしている様子を人工的に強調した画像

RONJA（Reasonable Optical Near Joint Access）は、チェコ共和国のTwibright LabsのKarel Kulhavý氏によって開発された自由空間光通信システムです。2001年にリリースされました。光線を用いてデータを無線で送信します。RONJAは、10Mbit/sの全二重イーサネットポイントツーポイントリンクを構築するために使用できます。世界中で1,000～2,000のリンクが構築されていると推定されています。[4]

基本構成では、通信範囲は1.4 km（0.87 mi）です。この装置は、頑丈な調整可能なホルダーに取り付けられた受信機と送信機パイプ（光学ヘッド）で構成されています。2本の同軸ケーブルを使用して、屋上設置装置と、家の中のコンピューターまたはスイッチの近くに設置されたプロトコル変換器を接続します。レンズの直径と送信機パイプの直径を大きくすることで、通信範囲は1.9 km（1.2 mi）まで拡張できます[5]。

組み立て説明書、設計図、回路図はGNUフリードキュメンテーションライセンスの下で公開されており、開発にはフリーソフトウェアツールのみを使用しています。著者はこのアプローチを「ユーザー制御技術」と呼び、オープンソースとユーザー主導のソフトウェアとイノベーションの重要性を強調しています[6]。

製造

組み立て説明書は非常に詳細で、組み立て作業の手順を丁寧に説明しています。穴あけ、はんだ付けなどの基本操作に加え、使用されるすべての技術用語も解説されています。[7]穴あけテンプレート、[8]はんだ付け後の詳細なチェック、[9] [10] [11] [12]テスト手順[13] [14] [15]といったいくつかの技術が採用されており、重要な箇所でのエラーを最小限に抑え、作業をスピードアップさせています。プリント基板はダウンロード可能で、製造業者（PCBメーカー）向けの説明書も付属しています。[16] [17]

ヨーロッパの複数の国と南米のブラジルにある154の施設が、部分的な説明、写真、追加データとともにギャラリーに登録されています。[2]

範囲

ルミレッズ社製LEDの最も明るいモデルHPWT-BD00-F4000と直径130mmの安価な拡大鏡レンズを使用した場合、通信範囲は1.4km（0.87マイル）です。[6] [18]より暗いですが、より手頃な価格のHPWT-BD00のE4000モデルでは、通信範囲は1.3km（0.81マイル）です。[19]通信速度は距離に関わらず常に10Mbit/sの全二重通信です。

モデル

  • Ronja Tetrapolis：範囲1.4 km（0.87 mi）、赤色可視光。8P8Cコネクタでネットワークカードまたはスイッチに接続します。
  • Ronja 10M Metropolis：範囲1.4 km（0.87 mi）、赤色可視光。アタッチメントユニットインターフェースに接続します。
  • Ronja Inferno : 射程距離 1.25 km (0.78 マイル)、目に見えない赤外線。
  • Ronja Benchpress：レンズ/LEDの組み合わせゲインの物理的な測定とそこからの距離の計算を行う測定装置
  • ロニャ・ロピペ：赤色可視光とRS232インターフェースを使用し、最大115 kbit/sのPPP/SLIPリンクを実現するオリジナルの（廃止された）設計。[20]

制限事項

FSOシステムであるため、送信機と受信機の間にはクリアな視界が必要です。ビームが遮られてノイズが多すぎたり、完全に遮られたりすると、リンクは機能しなくなります。通常、問題は雪や濃霧の条件下で発生する可能性があります。[21] [22] 1台のデバイスの重量は15.5 kg（34ポンド）[1]で、構築には70時間かかります。[23]自動ネゴシエーションをサポートしていないため、全二重通信を利用するには、ネットワークカードまたはスイッチで全二重通信を手動で設定する機能が必要です。[24] 。 [1] 1メートル（3フィート3インチ）のイーサネットケーブルを使用して、PCまたはスイッチに直接接続する必要があります。[1]

テクノロジー

全二重 RONJA システムのブロック図。

RONJAシステム全体は、2つのトランシーバー（光送信機2台と光受信機2台）で構成されています。これらは個別に、または組み合わせて組み立てられます。システム全体のレイアウトはブロック図に示されています。

光受信機 - プリアンプ段

2007年10月1日現在、RONJAに登録されている153の設置場所の分布を示す地図。RONJAの公式ウェブサイトに掲載されているデータに基づく。

FSO（Free Space Optics：自由空間光学）プリアンプでは、トランスインピーダンスアンプを用いるのが一般的です。トランスインピーダンスアンプは、フィードバックループを備えた非常に高感度な広帯域高速デバイスです。そのため、レイアウトは安定性の問題に悩まされ、PINダイオードの容量を特別に補償する必要があり、様々な容量を持つ安価なPINフォトダイオードを幅広く選択することができません。

しかし Ronja は、 PIN が高動作電気抵抗（100キロオーム）[ 9] を持つフィードバックレス設計[9]を採用しており、これが総入力容量（およそ 8 pF、PIN が 5 pF、MOSFETカスコード入力が3 pF [25]）と相まって、デバイスはPIN 動作抵抗と総入力容量によって形成される 6 dB/oct のローパス スロープの通過帯域で動作します。 [26] [27]信号は、信号ノイズによる汚染の危険を取り除くために直ちに増幅され、その後、NE592 ビデオ アンプのプログラミング ピン[28]の微分器要素によって 6 dB/oct スロープの補正が行われます。[29] [27]驚くほど平坦な特性が得られます。 フラット バンド モードで動作させるために PIN ダイオードに 3 kΩ の動作抵抗が装備されている場合、

光送信機 – Nebulus赤外線LEDドライバ

HSDL4220赤外線 LEDは、本来10Mbit/sの動作には適していません。帯域幅は9MHzですが[30] 、 10Mbit/sのマンチェスター変調システムでは約16MHzの帯域幅が必要です。通常の回路で電流駆動を行うと、信号の大幅な劣化と範囲の減少につながります。そのため、Twibright Labsは、大容量コンデンサを介してLEDに電流無制限で直接印加されるRF電圧と並列に、74AC04ゲート出力の15倍でLEDを直接駆動する特別な駆動技術を開発しました[31] 。公称LED平均電流（100mA）を維持するための電圧は温度と部品許容誤差によって変化するため、ACバイパス電流センス抵抗器がLEDと直列に配置されます。フィードバックループがこの抵抗器の電圧を測定し、74AC04ゲートの供給電圧を変化させることで、電圧を事前設定されたレベルに保ちます。したがって、名目上はデジタル[32] 74AC04は完全にアナログモードで 構造化されたパワーCMOSスイッチとして動作します。

この方法により、LED接合部は基本的に短絡放電によって、可能な限り速やかにキャリアで満たされ、除去されます。これによりLEDの速度が最大限に引き上げられ、出力される光信号が十分に高速になるため、距離/電力比はより高速な赤色LED HPWT-BD00-F4000 と同等になります。この過酷な駆動技術の副作用として、1) 長い（5MHz/1MHz）インパルスの開始時にLEDがオーバーシュートし、明るさが約2倍になります。測定の結果、距離に悪影響はありませんでした。2) LEDの充放電は短絡によって行われるため、74AC04スイッチングアレイをバックアップするブロッキングセラミックコンデンサバンクは、正常な動作に不可欠です。このバンクの容量が不足すると、光出力の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジが長くなります。

トランシーバー – ロニャ・ツイスター

Ronja Twisterは、カウンタとシフトレジスタチップをベースにした自由空間光データリンク用の電子インターフェースです。Ronja設計の一部であり、実質的には光ドライブ部のない光イーサネットトランシーバーです。[33]

オリジナルの設計はTwister2に置き換えられましたが、ロジック回路は同じままでした。[34]

オープンソースハードウェアアプローチ

ロニャを社会学的に研究しているソダーバーグは次のように書いている。「おそらく、フリーソフトウェア開発の方法とライセンス体系を正当化し、それらの実践をオープンハードウェア開発に適用し、大学や企業の支援なしに最先端の技術を実現した最初のプロジェクトは、ロニャプロジェクトだった。」[35]

ツールチェーン全体はフリーツール[36]のみに基づいて構築されており、ソースファイルはGPL [37]の下で無料で提供されています。これにより、誰でも開発に参加したり、製造を開始したり、技術に投資したりすることが可能になります。このようなコストには通常、ソフトウェアライセンスのコスト、プロプライエタリアプリケーション間の互換性問題の解決にかかる時間、知的財産ライセンスの交渉にかかるコストなどが含まれます。このプロジェクトをこのように構想したのは、フリーソフトウェアの組織効率性に注目したためです。

2001年のクリスマスに、ロニャは世界初の自由光源を備えた10Mbit/s自由空間光学装置となった。[38]

開発で使用されるツールの例:

参照

注記

  1. ^ abcde 「Ronja Tetrapolis仕様」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  2. ^ ab 「Ronjaの登録済みインストール154件」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  3. ^ "[1208] ronja/installations/czech/zdar_n_sazavou".画像.twibright.com 。2017 年6 月 3 日に取得。
  4. ^ Soderberg, J. (2010). 「チェコのワイヤレスコミュニティにおける自由空間光学：ユーザー主導イノベーションにおける規範性の役割を明らかにする」.科学技術と人間の価値. 36 (4): 423– 450. doi :10.1177/0162243910368398. S2CID  145786449.
  5. ^ “Twibright Ronjaの説明書”. Twibright Ronjaの説明書. 2025年8月15日閲覧。
  6. ^ ab "Ronja – BRL-CAD". brlcad.org 。2017 年6 月 3 日に取得。
  7. ^ 「製造オペレーションの基礎」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  8. ^ 「All Ronja Drawings」. ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  9. ^ abc 「Ronja 10Mレシーバーの製作」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  10. ^ 「Ronja 10Mメトロポリス送信機の製作」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  11. ^ 「Ronja Twister2 PCBの組み立て」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  12. ^ 「Ronja Nebulusの構築」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  13. ^ 「Ronja Tetrapolisのテスト」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  14. ^ 「Ronja 10M Metropolisのテスト」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  15. ^ 「Testing Ronja Inferno」. ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  16. ^ “Twister2 PCB”. ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  17. ^ 「Ronja: TX PCBの注文」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  18. ^ “エヴロプスキー工科大学、sro 1. soukromá vysoká škola na Moravě Kunovice POČÍTAČOVÉ SÍTĚ – PDF”. docplayer.cz 。2017 年6 月 3 日に取得。
  19. ^ 「Ronja 10M Metropolis、Tetrapolis、Inferno、Rexlatorの距離に関する問題」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  20. ^ “Twibright Labs : Ronja”. linas.org . 2017年6月3日閲覧。
  21. ^ 「ダウンロード制限を超えました」CiteSeerX 10.1.1.963.9463。  {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です
  22. ^ 「LiFiの海軍への応用：送信ツール」cimsec.org 2016年8月10日. 2017年6月3日閲覧。
  23. ^ 「ロニャの費用はいくらですか？」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  24. ^ 「Ronja Tetrapolis: 要件（モジュール、マテリアル、ツール、ソフトウェア）」. ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  25. ^ 「NXP Semiconductors: BF 908 データシート、2ページ、表の行「ゲート1の入力容量」」(PDF) . nxp.com . 2017年6月3日閲覧。
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  27. ^ ab 「Ronjaはどのように機能しますか？」ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  28. ^ 「Philips Semiconductors RF Communications Products: NE592 製品仕様、1ページ目 、第1段落の6～7行目、および8ページ目の見出し「FILTER NETWORKS」」(PDF)。nxp.com 。 2017年6月3日閲覧。
  29. ^ Phanumas Khumsat、Noppadol Wattanapisit、Karel Kulhavey、「10Mbps Ethernet Link向け低コストレーザーベース無線光トランシーバー」、IEEE Region 10 Conference (TENCON) Proceedings、香港、中国 (2006) (全文)
  30. ^ 「HSDL-4220 データシート」(PDF) . mouser.com . 2017年6月3日閲覧。
  31. ^ 「Ronja Nebulus（赤外線送信機）の概略図」（PDF）twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  32. ^ 「Fairchild: 74AC04 データシート」(PDF) colorado.edu . 2017年6月3日閲覧。
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  34. ^ 『ローニャツイスター2』. ronja.twibright.com 。2017 年6 月 3 日に取得。
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  37. ^ 「All Schematics」. ronja.twibright.com . 2017年6月3日閲覧。
  38. ^ 「10Mbit/secの光データリンクを自分で作ろう – Slashdot」hardware.slashdot.org . 2001年12月22日. 2017年6月3日閲覧。
  39. ^ 概略図
  40. ^ PCB、gEDAプロジェクト

参考文献

  • アンディ・オラム（2007年2月19日）、10 Mbit/sのRonja、ワイヤレスメッシュネットワークの次の段階？、O'Reilly Emerging Telephony
  • ジェフリー・ジェームズ（2003年1月1日）「グローバル・デジタル・ディバイドの橋渡し」エドワード・エルガー出版、ISBN 978184376716956ページ
  • 弦なし：Da Doo Ron RONJA
  • WSFII ロンドン 2005 での Ronja の講演 (archive.org)
  • ハック・ア・デイ：ロニャ
  • Ronja-lightlink の構築: ユーザーの声 (web.archive.org)
  • 1979年から米軍によって開発された3DモデリングソフトウェアBRL-CADは、RonjaをBRL-CADを使用するプロジェクトとして紹介しています。
  • Phanumas Khumsat、Noppadol Wattanapisit、Karel Kulhavey、「10 Mbps Ethernet リンク向け低コストのレーザーベース ワイヤレス光トランシーバ」、IEEE Region 10 Conference (TENCON)、香港、中国 (2006) の議事録では、Ronja の設計に若干の変更が加えられ、Ronja の受信機と送信機の回路図は実質的に変更されていない状態で公開され、公式の Ronja PCB 上に構築された Ronja Twister の写真が掲載されています。
  • Phanumas Khumsat、Noppadol Wattanapisit、Karel Kulhavey、「低コストのレーザーベース 10 Mbps 自由空間光トランシーバー向け光フロントエンド」(全文)、Proceeding of IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems 2006、1911–1914 (2006) では、Ronja の設計に若干の変更が加えられ、Ronja の受信機と送信機の回路図が実質的に変更されずに公開され、公式の Ronja 光ヘッドとホルダーの写真が掲載されています。
  • I. Rukovanský、M. Horváth、L. Solárik、P. Cícha: コンピュータ ネットワーク (チェコ語)、大学講義教科書、ヨーロッパ工科大学 – 私立大学、2015 年、66 ～ 67 ページ
  • ヨハン・セーデルバーグ：フリーソフトウェアからオープンハードウェアへ：ハッキングの最前線に関する批判理論、ヨーテボリ大学博士論文、ISBN 9789197544276、スウェーデン、2011年。
  • David Němec: ケーブルレス光伝送（チェコ語）、修士論文、電気通信研究所、電気工学・通信学部、チェコ共和国ブルノ、2012年。Wayback Machineに2018年11月3日アーカイブ
  • Santi Phasuk (สันติ ผาสุข): 可視光線によるデータ トランシーバーの設計と実装 (タイ語と英語の要約)、修士論文、カセサート大学、バンコク、タイ、2011 年。
  • B. Bakala: 光リンクの実現、学士課程プロジェクト、チェコ工科大学電気通信工学科、チェコ共和国プラハ、2011年。[リンク切れ]
  • Jan Matyáš: FPGA ベースの Ronja Twister (全文)、学士論文、コンピュータ システム学科、情報技術学部、ブルノ工科大学、チェコ共和国、2011 年。[永久リンク切れ]
  • Bc. Lukáš Chobot: 光モジュールによる無線データ転送 (チェコ語)、卒業論文、トーマス・バタ大学応用コンピュータサイエンス学部、ズリーン、チェコ共和国、2011 年。
  • Bc. Filip Němec: 光ケーブルレス伝送 (チェコ語)、修士論文、電気工学・通信学部、電気通信学科、ブルノ工科大学、チェコ共和国、2010 年。
  • T. Szabo: 無線光接続 RONJA の設計と実現 (年次報告書に記載)、修士論文、スロバキア、ブラティスラバのスロバキア工科大学、電気工学および情報学部、電気通信学科、2007 年。
  • 紀元前。ジュボミール・アダーメク: ワイヤレス データ伝送 (チェコ語)、卒業論文、トマス バタ大学応用コンピュータ サイエンス学部、ズリン、チェコ共和国、2006 年。
  • Libor Štěpán: LAN Ethernet 用ワイヤレス光リンク (チェコ語)、学士論文、トーマス・バタ大学応用コンピュータサイエンス学部、ズリーン、チェコ共和国、2006 年。
  • MA Chancey: 短距離水中光通信リンク (全文)、修士論文、ノースカロライナ州立大学、米国、2005 年。
ウィキメディア・コモンズには、 RONJAに関連するメディアがあります。
  • 公式サイト
  • RONJA 水中への適応
  • ブリティッシュ・カウンシル・プロジェクト – 英国コミュニティネットワークにおけるロンジャの推進 2004
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