基于一種新型有機(jī)物光纖的全光交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
引言
近年來,隨著internet及信息技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)通信容量、傳輸速率提出了越來越高的要求,現(xiàn)在以電為基本傳輸媒質(zhì)的物理層,在信息高速接入時(shí)受到電子器件的限制,產(chǎn)生了所謂的“瓶頸效應(yīng)”,同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)不斷延伸,在特殊場所對(duì)網(wǎng)絡(luò)的抗電磁干擾、抗輻射、安全保密性能也提出了更高要求,這些使得主要采用雙絞線接入的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在多方面已不能適應(yīng)用戶需求,為解決這一問題,人們提出了采用光纖連接的“全光網(wǎng)絡(luò)”,對(duì)石英光纖來說,傳輸帶寬和電磁兼容性完全能滿足使用需要,且網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟,但在短距離的局域網(wǎng)(lan)接入中,石英光纖存在器件成本高、熔接困難、柔韌性差、布線不方便等缺點(diǎn)。所以在100米范圍內(nèi)傳輸帶寬可達(dá)數(shù)ghz、價(jià)格便宜、耐震動(dòng)、抗輻射、直徑較大易連接、柔韌性好的有機(jī)物光纖就成為短距離信息高速接入的理想媒介?;谟袡C(jī)物光纖的全光交換系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),將很好地解決布線復(fù)雜、電磁環(huán)境惡劣等特殊環(huán)境下短距離寬帶光接入問題,在艦船內(nèi)部通信、工業(yè)控制網(wǎng)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
有機(jī)物光纖的特點(diǎn)
有機(jī)物光纖是采用高分子有機(jī)物聚合而成的一種新型光纖光纜材料,它具有傳輸帶寬高(1~3gb/s),能與石英光纖帶寬(2.5~1000gb/s)相匹配,滿足接入網(wǎng)高速低耗的技術(shù)要求,而且保密性好,抗干擾能力強(qiáng),防雷擊,重量輕,韌性好,施工簡便,模量低,芯徑大(0.3~1.0mm),接續(xù)容易(可使用簡單的有機(jī)物光纖連接器,即使是光纖接續(xù)中心對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)生30 m的偏差也不會(huì)影響耦合損耗),光源便宜(650nm激光光源約1~2元/個(gè)),綜合成本低等特點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于信息通信網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò),國防和國家安全網(wǎng)絡(luò),軍事通信網(wǎng)絡(luò),辦公、小區(qū)局域網(wǎng),機(jī)、車載通信網(wǎng)絡(luò),工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域,是短距離寬帶,多接點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)理想傳輸介質(zhì)。
系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)按功能結(jié)構(gòu)可分為4大部分,如圖1所示。
交換控制部分完成網(wǎng)絡(luò)交換、管理控制功能,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的快速交換,這部分也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò)接口部分主要是同時(shí)提供一個(gè)(或兩個(gè))石英光纖上行接口和多個(gè)(8、16、或24等)650nm有機(jī)物光纖下行接口,通過上行接口與外部網(wǎng)絡(luò)相連,用戶通過下行光接口接入系統(tǒng)。
中繼轉(zhuǎn)換部分主要是光纖中繼放大器、波長轉(zhuǎn)換器、光電轉(zhuǎn)換器。光纖中繼放大器用來完成光纖信號(hào)中繼接收放大轉(zhuǎn)發(fā)功能,實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的信息傳輸;波長轉(zhuǎn)換器完成石英光纖和有機(jī)物光纖上傳輸?shù)牟煌ㄩL之間的轉(zhuǎn)換;光電轉(zhuǎn)換器完成的電信號(hào)與可在650nm光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào)之間的轉(zhuǎn)換。
用戶終端部分主要是終端光網(wǎng)卡終端接入設(shè)備,為計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)接入接口。
網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方案
在該方案中,網(wǎng)絡(luò)的主干部分——工作組交換機(jī)之間采用石英光纖連接,以保證傳輸距離和帶寬,工作組與用戶之間,采用有機(jī)物光纖連接,實(shí)現(xiàn)整個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)全部采用光來傳遞信息。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)由中心路由交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、有機(jī)物光纖交換機(jī)、波長轉(zhuǎn)換器、650nm光纖中繼器、650nm光電轉(zhuǎn)換器、適用于計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備的650nm光網(wǎng)卡組成。并在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上采用千兆有機(jī)物光纖網(wǎng)卡,與中心交換機(jī)的千兆口相連,使服務(wù)器的訪問速度達(dá)到千兆。
有機(jī)物光纖交換機(jī)
此交換機(jī)為工作組級(jí)的交換設(shè)備??梢蕴峁┒鄠€(gè)以太網(wǎng)絡(luò)光纖端口??稍诠ぷ鹘M之間或工作組內(nèi)部提供高帶寬、高性能的光纖連接,讓用戶能快速存取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源。解決計(jì)算機(jī)與工作組交換機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸。交換機(jī)同時(shí)提供一個(gè)(或兩個(gè))1550nm、1310nm或850nm石英光纖(這里用的是1310nm)上行接口和多個(gè)(8、16、或24等)650nm有機(jī)物光纖下行接口(用作計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)),很多廠商均能提供這種技術(shù)成熟的光纖收發(fā)器,交換機(jī)的設(shè)計(jì)完全符合常規(guī)以太網(wǎng)交換機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。
波長轉(zhuǎn)換器
它是一個(gè)波長轉(zhuǎn)換設(shè)備,提供一個(gè)650nm光纖端口及一個(gè)自適應(yīng)石英光纖連接端口。用于石英光纖上傳輸?shù)墓庠矗?550nm、1310nm或850nm)和650nm光源之間的轉(zhuǎn)換。
中繼器
650nm中繼器完成信號(hào)接收再放大傳輸?shù)墓δ埽黾有畔鬏數(shù)木嚯x,由于技術(shù)和工藝上的原因,現(xiàn)在生產(chǎn)的650nm有機(jī)物光纖的衰耗比較大,還不能滿足較遠(yuǎn)距離的信息傳輸(一般100m以內(nèi)不需要中繼設(shè)備)。
光網(wǎng)卡
具有以太網(wǎng)有機(jī)物光纖接口的計(jì)算機(jī)pci網(wǎng)卡,采用標(biāo)準(zhǔn)sc接口,符合ieee802.3標(biāo)準(zhǔn),支持即插即用,全雙工1000mbps傳輸速率。
光電轉(zhuǎn)換器
650nm光電轉(zhuǎn)換器是以太網(wǎng)光纖接口至rj45接口的轉(zhuǎn)換器。它提供一個(gè)650nm光纖端口以及一個(gè)rj45連接口的雙絞線端口。它將以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可在650nm光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào);反之亦然,650nm光電轉(zhuǎn)換器也可作為一個(gè)獨(dú)立設(shè)備為無光纖接口的以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供接口轉(zhuǎn)換。
性能分析
傳輸速率及帶寬
該方案采用光纖交換機(jī)和光網(wǎng)卡,避免了多次電/光、光/電轉(zhuǎn)換,保證了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)母咚俾屎透邘?,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均采用千兆以太網(wǎng)設(shè)備,傳輸速率最高可達(dá)1000mbps,特別是采用了低損耗、高帶寬的有機(jī)物光纖連接各終端設(shè)備,大大提高了終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)訪問速率,“最后一公里”問題在這里也可以得到解決。
經(jīng)濟(jì)性
有機(jī)物光纖由高分子有機(jī)物聚合而成,生產(chǎn)成本較低,現(xiàn)在國內(nèi)對(duì)這種光纖材料的研究已經(jīng)有了重大突破,價(jià)格已基本與石英光纖持平,隨著材料技術(shù)的提高和規(guī)模生產(chǎn),相信在不久的將來它的價(jià)格可能會(huì)比雙絞線還便宜。雖然現(xiàn)在有機(jī)物光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的價(jià)格較高,但隨著它的大量應(yīng)用和規(guī)模生產(chǎn),還有很大的降價(jià)空間。
安全性、保密性
該方案全部采用光傳輸媒質(zhì),具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力,即使在最惡劣的電磁環(huán)境下也能正常工作,不會(huì)像五類雙絞線一樣,一旦遭到強(qiáng)電磁干擾,就無法工作。同時(shí),電傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,可能會(huì)導(dǎo)致泄密,而該方案線路上傳輸?shù)娜枪獠ǎ粫?huì)產(chǎn)生電磁輻射,網(wǎng)絡(luò)具有很好的安全性和保密性。這在軍事通信上具有極高的價(jià)值。
網(wǎng)絡(luò)的開放性和升級(jí)能力
網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的千兆以太網(wǎng)協(xié)議,其協(xié)議和設(shè)備均符合國際標(biāo)準(zhǔn),確保了網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)性和開放性,同時(shí)也使得網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴(kuò)充和升級(jí)能力,采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)化布線,可以方便地通過交換機(jī)級(jí)聯(lián)、堆疊等方式增加網(wǎng)絡(luò)工作站。
應(yīng)用前景
有機(jī)物光纖作為短距離高速接入網(wǎng)絡(luò)的理想傳輸介質(zhì),在未來家庭智能化、辦公自動(dòng)化、工控網(wǎng)絡(luò)化、車載機(jī)載通信網(wǎng)、軍事通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中將具有廣泛的應(yīng)用前景。該方案利用有機(jī)物光纖很好地解決了短距離寬帶光接入問題,特別是電磁環(huán)境惡劣等特殊環(huán)境下的寬帶接入。該方案在安全性、保密性上的優(yōu)勢(shì),使得其在軍事通信領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V泛的應(yīng)用前景。
評(píng)論