基于一種新型有機物光纖的全光交換系統設計與實(shí)現

引言

近年來(lái)，隨著(zhù)internet及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對通信容量、傳輸速率提出了越來(lái)越高的要求，現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”，同時(shí)隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )不斷延伸，在特殊場(chǎng)所對網(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(xiàn)接入的現有網(wǎng)絡(luò )在多方面已不能適應用戶(hù)需求，為解決這一問(wèn)題，人們提出了采用光纖連接的“全光網(wǎng)絡(luò )”，對石英光纖來(lái)說(shuō)，傳輸帶寬和電磁兼容性完全能滿(mǎn)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(xiàn)不方便等缺點(diǎn)。所以在100米范圍內傳輸帶寬可達數ghz、價(jià)格便宜、耐震動(dòng)、抗輻射、直徑較大易連接、柔韌性好的有機物光纖就成為短距離信息高速接入的理想媒介?；谟袡C物光纖的全光交換系統的實(shí)現，將很好地解決布線(xiàn)復雜、電磁環(huán)境惡劣等特殊環(huán)境下短距離寬帶光接入問(wèn)題，在艦船內部通信、工業(yè)控制網(wǎng)等方面具有廣泛的應用前景。

有機物光纖的特點(diǎn)

有機物光纖是采用高分子有機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(mǎn)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，防雷擊，重量輕，韌性好，施工簡(jiǎn)便，模量低，芯徑大（0.3~1.0mm），接續容易（可使用簡(jiǎn)單的有機物光纖連接器，即使是光纖接續中心對準產(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)，可以廣泛應用于信息通信網(wǎng)絡(luò )，數據通信網(wǎng)絡(luò )，國防和國家安全網(wǎng)絡(luò )，軍事通信網(wǎng)絡(luò )，辦公、小區局域網(wǎng)，機、車(chē)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)。

系統功能結構

系統按功能結構可分為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)現網(wǎng)絡(luò )信息的快速交換，這部分也是設計的重點(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有機物光纖下行接口，通過(guò)上行接口與外部網(wǎng)絡(luò )相連，用戶(hù)通過(guò)下行光接口接入系統。

中繼轉換部分主要是光纖中繼放大器、波長(cháng)轉換器、光電轉換器。光纖中繼放大器用來(lái)完成光纖信號中繼接收放大轉發(fā)功能，實(shí)現較遠距離的信息傳輸；波長(cháng)轉換器完成石英光纖和有機物光纖上傳輸的不同波長(cháng)之間的轉換；光電轉換器完成的電信號與可在650nm光纖上傳輸的光信號之間的轉換。 用戶(hù)終端部分主要是終端光網(wǎng)卡終端接入設備，為計算機等終端設備提供網(wǎng)絡(luò )接入接口。

網(wǎng)絡(luò )實(shí)現方案

在該方案中，網(wǎng)絡(luò )的主干部分——工作組交換機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(hù)之間，采用有機物光纖連接，實(shí)現整個(gè)局域網(wǎng)內全部采用光來(lái)傳遞信息。網(wǎng)絡(luò )結構如圖2所示。系統由中心路由交換機、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、有機物光纖交換機、波長(cháng)轉換器、650nm光纖中繼器、650nm光電轉換器、適用于計算機等終端設備的650nm光網(wǎng)卡組成。并在網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器上采用千兆有機物光纖網(wǎng)卡，與中心交換機的千兆口相連，使服務(wù)器的訪(fǎng)問(wèn)速度達到千兆。

有機物光纖交換機

此交換機為工作組級的交換設備?？梢蕴峁┒鄠€(gè)以太網(wǎng)絡(luò )光纖端口?？稍诠ぷ鹘M之間或工作組內部提供高帶寬、高性能的光纖連接，讓用戶(hù)能快速存取整個(gè)網(wǎng)絡(luò )資源。解決計算機與工作組交換機之間網(wǎng)絡(luò )帶寬的瓶頸。交換機同時(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有機物光纖下行接口（用作計算機等終端設備接入網(wǎng)絡(luò )），很多廠(chǎng)商均能提供這種技術(shù)成熟的光纖收發(fā)器，交換機的設計完全符合常規以太網(wǎng)交換機的技術(shù)指標。

波長(cháng)轉換器

它是一個(gè)波長(cháng)轉換設備，提供一個(gè)650nm光纖端口及一個(gè)自適應石英光纖連接端口。用于石英光纖上傳輸的光源（1550nm、1310nm或850nm）和650nm光源之間的轉換。

中繼器

650nm中繼器完成信號接收再放大傳輸的功能，增加信息傳輸的距離，由于技術(shù)和工藝上的原因，現在生產(chǎn)的650nm有機物光纖的衰耗比較大，還不能滿(mǎn)足較遠距離的信息傳輸（一般100m以?xún)炔恍枰欣^設備）。

光網(wǎng)卡

具有以太網(wǎng)有機物光纖接口的計算機pci網(wǎng)卡，采用標準sc接口，符合ieee802.3標準，支持即插即用，全雙工1000mbps傳輸速率。

光電轉換器

650nm光電轉換器是以太網(wǎng)光纖接口至rj45接口的轉換器。它提供一個(gè)650nm光纖端口以及一個(gè)rj45連接口的雙絞線(xiàn)端口。它將以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的電信號轉換為可在650nm光纖上傳輸的光信號；反之亦然，650nm光電轉換器也可作為一個(gè)獨立設備為無(wú)光纖接口的以太網(wǎng)絡(luò )設備提供接口轉換。

性能分析

傳輸速率及帶寬

該方案采用光纖交換機和光網(wǎng)卡，避免了多次電/光、光/電轉換，保證了網(wǎng)絡(luò )信息傳輸的高速率和高帶寬，網(wǎng)絡(luò )設備均采用千兆以太網(wǎng)設備，傳輸速率最高可達1000mbps，特別是采用了低損耗、高帶寬的有機物光纖連接各終端設備，大大提高了終端設備的網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)速率，“最后一公里”問(wèn)題在這里也可以得到解決。

經(jīng)濟性

有機物光纖由高分子有機物聚合而成，生產(chǎn)成本較低，現在國內對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(zhù)材料技術(shù)的提高和規模生產(chǎn)，相信在不久的將來(lái)它的價(jià)格可能會(huì )比雙絞線(xiàn)還便宜。雖然現在有機物光纖網(wǎng)絡(luò )設備的價(jià)格較高，但隨著(zhù)它的大量應用和規模生產(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)，具有很強的抗電磁干擾能力，即使在最?lèi)毫拥碾姶怒h(huán)境下也能正常工作，不會(huì )像五類(lèi)雙絞線(xiàn)一樣，一旦遭到強電磁干擾，就無(wú)法工作。同時(shí)，電傳輸時(shí)會(huì )產(chǎn)生電磁輻射，可能會(huì )導致泄密，而該方案線(xiàn)路上傳輸的全是光波，不會(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(kāi)放性和升級能力

網(wǎng)絡(luò )采用標準的千兆以太網(wǎng)協(xié)議，其協(xié)議和設備均符合國際標準，確保了網(wǎng)絡(luò )的先進(jìn)性和開(kāi)放性，同時(shí)也使得網(wǎng)絡(luò )具有良好的擴充和升級能力，采用星型拓撲結構和結構化布線(xiàn)，可以方便地通過(guò)交換機級聯(lián)、堆疊等方式增加網(wǎng)絡(luò )工作站。

應用前景

有機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(lái)家庭智能化、辦公自動(dòng)化、工控網(wǎng)絡(luò )化、車(chē)載機載通信網(wǎng)、軍事通信網(wǎng)的數據傳輸中將具有廣泛的應用前景。該方案利用有機物光纖很好地解決了短距離寬帶光接入問(wèn)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，使得其在軍事通信領(lǐng)域將具有廣泛的應用前景。