專利名稱：計(jì)算機(jī)網(wǎng)用自動(dòng)容錯(cuò)型光電中繼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及到軍用光纖計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中的一種具有自動(dòng)容錯(cuò)(抗毀)功能的光電中繼器設(shè)計(jì)方案。
一般的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常是由計(jì)算機(jī)工作站或其它類型的終端、中繼器、電纜或光纖或其它類型的傳輸介質(zhì)所構(gòu)成，通過滿足一定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的軟件使工作站在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。由于網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)及中繼器的不同，可以用不同的傳輸介質(zhì)構(gòu)成不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使網(wǎng)絡(luò)具有不同的性能。在多種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，IEEE802.3(CSMA/CD-具有碰撞檢測功能的載波偵聽多路訪問)和IEEE802.4(TOKENBUS-令牌總線)標(biāo)準(zhǔn)已被MAP/TOP(生產(chǎn)自動(dòng)化/技術(shù)與辦公協(xié)議)所采納，進(jìn)而使這兩種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)更加廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)、辦公、及指揮自動(dòng)化領(lǐng)域。由于這兩種標(biāo)準(zhǔn)都采用總線方式聯(lián)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)簡單、建網(wǎng)方便、成本低廉。但是，當(dāng)總線上出現(xiàn)故障或斷路時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將無法運(yùn)行。因而可靠性要求高的應(yīng)用場合，特別是軍用場合不適用。為了滿足高可靠性需要，又要求與上述網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)兼容，需研制不同結(jié)構(gòu)和不同功能的中繼器。
目前，已有意大利IPN-10作戰(zhàn)系統(tǒng)采用了一種稱為MHIDAS總線的系統(tǒng)，傳輸介質(zhì)采用了兩條同軸電纜，用一種具有中繼器功能的訪問模件將工作連在兩條電纜總線上。當(dāng)一條中斷時(shí)，另一條總線可處理全部通信量。因此，MHIDAS總線系統(tǒng)具有容錯(cuò)性。但是，由于這種系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)全部采用同軸電纜，保密性差;易受干擾;傳輸損耗大。美國AndrewsGlista，Jr.發(fā)明的專利產(chǎn)品(美國專利May41987，Pat.No.4，837，856和May30，1989，ser.No.357，959);用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蒎e(cuò)型光纖耦合器/中繼器，可以將用戶節(jié)點(diǎn)連接成光纖雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中一個(gè)為主光纖環(huán)，另一個(gè)為備用光纖環(huán)。在每一個(gè)光纖耦合器/中繼器的主光纖入口處用一個(gè)光分支器分離部分光傳到連接下一個(gè)光纖耦合器/中繼器的備用光纖輸入口。當(dāng)光纖耦合器/中繼器檢測到從主光纖輸入的光功率低于預(yù)定的門限值時(shí)，則信號接收電路就從接收主光纖的信號轉(zhuǎn)為接收備用光纖的信號。因而當(dāng)兩條光纖中的一條斷了或光纖耦合器/中繼器發(fā)不出光信號時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通過備用光纖仍能繼續(xù)構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)而不中斷工作，所以這種光纖雙環(huán)網(wǎng)具有自動(dòng)容錯(cuò)功能。但是這種光纖耦合器/中繼器不能用于總線型協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);也不能直接用于采用分組傳輸(無連續(xù)光信號)方式的環(huán)形計(jì)算機(jī)局域網(wǎng);當(dāng)兩根光纖同時(shí)斷裂時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就不能正常工作，因此容錯(cuò)能力不強(qiáng);因采用光分支器使得光功率損耗大，傳輸距離不遠(yuǎn)，光檢測門限動(dòng)態(tài)范圍小。美國FiberCom.Inc公司開發(fā)的Wispernet采用一個(gè)主光纖環(huán)及一個(gè)備用光纖環(huán)將工作站連接成雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)光纖繼裂時(shí)，與斷點(diǎn)相鄰的兩個(gè)站都把主次兩環(huán)連接起來，從而實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)功能。但是，一個(gè)中繼器只能連接一個(gè)工作站，成本高;由于采用了光纖旁路器并基于電機(jī)集電器控制光路改變方向，因而光功率分路損耗大，重新組網(wǎng)的速度慢，可靠性不高。
總之，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中使用的中繼器的缺點(diǎn)是1、由電中繼器組成的電纜計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)保密性差，抗干擾能力弱，傳輸距離不遠(yuǎn)。
2、可以組成光纖網(wǎng)絡(luò)的光中繼器只能掛上一個(gè)工作站，成本高，實(shí)有性差。
3、容錯(cuò)的方式采用集電器控制光纖分支器，速度慢且可靠性差。
4、采用光纖分支器的光中繼器因光功率分路損耗大，傳輸距離受限，光檢測門限動(dòng)態(tài)范圍小。
5、已有的光中繼器和電中繼器只能構(gòu)成單一結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，而且傳輸介質(zhì)也是單一的，因而使用不方便。
本發(fā)明的目的是要設(shè)計(jì)出一種新型的光電中繼器，它能連接光纖形成骨干網(wǎng)絡(luò)并用電纜連接一組工作站或直接連接用戶節(jié)點(diǎn)，利用一對冗余光纖段使網(wǎng)絡(luò)形成閉環(huán)，通過高速可靠的電子電路控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重組的容錯(cuò)功能，從而克服現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品存在的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的容錯(cuò)型光電中繼器的原理如圖1。與已有的中繼器相比，在本發(fā)明的光電中繼器中增加有光路信號中繼發(fā)送處理與控制器(3)、組網(wǎng)命令發(fā)生器(4)，信息流向檢測器(5)、組網(wǎng)命令檢測器(6)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測與報(bào)警指示器(7)、電路信號處理與控制器(8)、電纜接口收發(fā)器(9)，從而使本發(fā)明的光電中繼器具有全新的功能。本發(fā)明工作原理用圖1來說明當(dāng)工作站(21)發(fā)向電纜(20)的信號經(jīng)電纜接口收發(fā)器(9)接收后送電路信號處理與控制器(8)，或工作站發(fā)出的信號直接經(jīng)節(jié)點(diǎn)接口(11)送向(8)，在沒有光路數(shù)據(jù)信號輸入或無碰撞的前提條件下，經(jīng)過(8)把電纜上的信號同時(shí)送到兩邊的光路信號中繼發(fā)送處理與控制器(3)，再經(jīng)光發(fā)射器(1)變成光信號后向兩邊的光纖(19)上發(fā)送出去。另一方面，從(19)上傳來的光信號經(jīng)光接收器(2)變成電信號，經(jīng)光路信號中繼發(fā)送處理與控制器(3)中繼處理后，一路送電路信號處理與控制器(8)后向電纜或工作站上傳送，另一路送對邊的光路信號中繼發(fā)送處理與控制器(3)后向光纖上發(fā)送出去。自動(dòng)組網(wǎng)的工作原理如圖2所示由多個(gè)光電中繼器(18)連接光纖(19)及電纜段(20)構(gòu)成光纖雙環(huán)及多個(gè)電纜段的混合介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。建立系統(tǒng)時(shí)，設(shè)置一個(gè)光電中繼器中的一個(gè)光路信號中繼器發(fā)送處理與控制器(3)為自動(dòng)組網(wǎng)主控狀態(tài)，而其它的(3)均設(shè)為自動(dòng)組網(wǎng)從屬狀態(tài)。主控狀態(tài)的光電中繼器的組網(wǎng)命令發(fā)生器(4)發(fā)出自動(dòng)組網(wǎng)命令信號，經(jīng)過光纖環(huán)路傳輸后由組網(wǎng)命令檢測器(6)檢測到的信號與原發(fā)信號相同，則表明網(wǎng)絡(luò)環(huán)路正常，呈主控狀態(tài)的(3)中的電子開關(guān)置斷開狀態(tài)。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一個(gè)邏輯上的總線網(wǎng)，網(wǎng)上有一對冗余光纖段使網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成物理上的環(huán)形網(wǎng)。當(dāng)某一根光路或兩根光路同時(shí)斷開或光電中繼器出現(xiàn)故障時(shí)，則與之相連的光電中繼中的(6)將及時(shí)快速地檢測到故障信號，并將端機(jī)中相關(guān)聯(lián)的(3)中的開關(guān)置開路狀態(tài)，同時(shí)將故障信號傳送到主控站，主控站接收到故障信號后將(3)中原來置開路的電子開關(guān)置閉合狀態(tài)，并顯示報(bào)警，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)重組。由于電子開關(guān)和檢測控制電路的速度極快且可靠性高，因而重組速度快，功能穩(wěn)定可靠。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明光電中繼器的優(yōu)點(diǎn)是第一，本發(fā)明光電中繼器既能中繼兩邊光纖傳來的信號，又能中繼電纜傳來的信號;既能接一個(gè)工作站，又能通過一個(gè)電纜段將多至100個(gè)工作站接入光纖骨干網(wǎng)絡(luò)上。這樣，既保證了骨干傳輸線上采用光纖使系統(tǒng)具有抗雷電、抗干擾、保密性好，傳輸距離遠(yuǎn)，又保證了通過電纜分支接頭方便，大大節(jié)約用戶成本。第二，新型的光電中繼器采用高速可靠的電子控制電路實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重組而不采用光纖分支器和機(jī)電集電器，因而光功率無分支損耗，傳輸距離遠(yuǎn)，可達(dá)30公里無中繼(將受網(wǎng)絡(luò)協(xié)議限制);接收動(dòng)態(tài)范圍大，可大于20分貝;重組速度快，正常組網(wǎng)狀態(tài)與重組狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)不丟失數(shù)據(jù)信息;可靠性好。第三、光電中繼器能檢測網(wǎng)絡(luò)上的硬故障(光纖斷裂或光電中繼器斷電、毀壞)及軟故障(傳輸質(zhì)量惡化，誤碼率大);構(gòu)成環(huán)形光纖計(jì)算機(jī)網(wǎng)時(shí)能自動(dòng)重新組網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)容錯(cuò)功能，也能通過人工或程控交換機(jī)控制方式重新組網(wǎng);第四、本發(fā)明光電中繼器利用一對冗余的光纖段(而不是冗余環(huán))使邏輯上的總線網(wǎng)構(gòu)成物理上的環(huán)形網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)容錯(cuò)。因而當(dāng)某段(一根或兩根)光纖斷裂時(shí)網(wǎng)絡(luò)仍能正常運(yùn)行，容錯(cuò)能力強(qiáng)。必要時(shí)，也能構(gòu)成光纖總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。第五、本發(fā)明光電中繼器能用于生產(chǎn)、管理、指揮自動(dòng)化領(lǐng)域的總線形計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也能應(yīng)用于環(huán)形計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。
附圖及


圖1本發(fā)明光電中繼器電路原理2本發(fā)明光電中繼器的自動(dòng)容錯(cuò)功能說明3本發(fā)明光電中繼器外形結(jié)構(gòu)4由本發(fā)明光電中繼器構(gòu)成的作戰(zhàn)指揮光纖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其中1、為光發(fā)射器2、為光接收器3、為光路信號中繼發(fā)送處理與控制器4、為組網(wǎng)命令發(fā)生器5、為信息流向檢驗(yàn)器6、為組網(wǎng)命令檢測器7、為網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測與報(bào)警指示器8、為電路信號處理與控制器9、為電纜收發(fā)器10、為電源電路11、為節(jié)點(diǎn)接口12、為電纜連接器13、為光纖連接器14、為電源開關(guān)15、為功能選擇鍵16、為顯示窗17、為機(jī)殼18、為本發(fā)明自動(dòng)容錯(cuò)型光電中繼器19、為光纖(光纜)20、為電纜21、為工作站(用戶)
實(shí)施例結(jié)合本發(fā)明光電中繼器電路原理圖(圖1)和用本發(fā)明光電中繼器組成的作戰(zhàn)指揮光纖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(圖4)為例說明如圖1所示，本發(fā)明所述的自動(dòng)容錯(cuò)型光電中繼器由兩套反向傳輸?shù)墓獍l(fā)射器(1)和光接收器(2)、兩套光路信號中繼發(fā)送處理與控制器(3)、兩套組網(wǎng)命令發(fā)生器(4)、一個(gè)信息流向檢測器(5)、組網(wǎng)命令檢測器(6)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測與報(bào)警指示器(7)、電路信號處理與控制器(8)、電纜接口收發(fā)器(9)、電源電路(10)、節(jié)點(diǎn)接口(11)等組成，加上電纜連接器(12)、光纖連接器(13)、電源開關(guān)(14)、功能選擇鍵(15)、顯示窗(16)和機(jī)殼(17)便能構(gòu)成為一臺完整的自動(dòng)容錯(cuò)型光電中繼器(18)。
在實(shí)施例中，(11)選用DIX節(jié)點(diǎn)接口、(12)選用BNC細(xì)電纜連接器、(13)選用FC型光纖連接器，用四對500-1000m的雙芯野戰(zhàn)光纜段分別連接在四臺本發(fā)明的光電中繼器的FC接口上，形成光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在BNC上連接50Ω的300m細(xì)同軸基帶電纜，在每段細(xì)電纜上掛20個(gè)(可多至100個(gè))工作站。光電中繼器和掛在細(xì)電纜上的工作站裝在金屬方艙內(nèi)，以便運(yùn)輸和屏蔽，這樣便可構(gòu)成作戰(zhàn)指揮自動(dòng)容錯(cuò)型光纖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)周長可達(dá)4Km長，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)重組的容錯(cuò)功能。在網(wǎng)絡(luò)上可運(yùn)行Novell、DECnet、TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.自動(dòng)容錯(cuò)型光電中繼器是由光發(fā)射器(1)、光接收器(2)、光路信號中繼發(fā)送處理與控制器(3)、組網(wǎng)命令發(fā)生器(4)、信息流向檢測器(5)、組網(wǎng)命令檢測器(6)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測與報(bào)警指示器(7)、電路信號處理與控制器(8)、電纜接口收發(fā)器(9)、電源電路(10)、節(jié)點(diǎn)接口(11)、電纜連接器(12)、光纖連接器(13)、電源開關(guān)(14)功能選擇鍵(15)、顯示窗(16)、機(jī)殼(17)等組成，其特征在于1)在兩邊的光收發(fā)器之間加有光路信號中繼發(fā)送處理與控制器(3)，使之完成自動(dòng)組網(wǎng)所需的光路通斷和光路信號中繼及信號交換功能；2)在光路信號中繼發(fā)送處理與控制器之間加有組網(wǎng)命令發(fā)生器(4)，使之完成在不同組網(wǎng)要求時(shí)發(fā)不同特征的命令信號；3)在兩邊的光路信號中繼輸出端和電路信號處理控制器輸出端接有信息流向檢測器(5)，它與(3)及(8)結(jié)合完成光纖、電纜混合介質(zhì)上的信號中繼和交換功能；4)在兩邊的光接收器之間加有自動(dòng)組網(wǎng)命令檢測器(6)，通過它使光電中繼器接受網(wǎng)絡(luò)上的組網(wǎng)命令；5)在光電中繼器中加有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測與報(bào)警指示器(7)；6)在中繼器中加有電路信號處理與控制器(8)，(8)與(5)及(3)結(jié)合完成電纜上的信號與光纖上的信號的交換功能。
2.如權(quán)力要求1所述的自動(dòng)容錯(cuò)型光電中繼器具有一個(gè)電纜接口、一個(gè)節(jié)點(diǎn)接口和兩對光纖接口，從而構(gòu)成光纖電纜混合介質(zhì)的自動(dòng)容錯(cuò)型光纖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)容錯(cuò)型光電中繼器實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的方法是利用一對冗余光纖段使邏輯上的總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成物理上的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，通過高速可靠的電子電路檢測網(wǎng)絡(luò)上的故障并控制光電中繼器中的電子開關(guān)狀態(tài)重新組合，避開故障段，實(shí)現(xiàn)及時(shí)高速的網(wǎng)絡(luò)重組。
全文摘要
計(jì)算機(jī)網(wǎng)用自動(dòng)容錯(cuò)型光電中繼器，是用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，用以完成電纜和光纖混合介質(zhì)上信號的中繼及交換并使網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)容錯(cuò)功能。利用一對冗余光纖段將邏輯上的總線網(wǎng)構(gòu)成物理上的環(huán)形網(wǎng)，通過高速可靠的電子電路檢測網(wǎng)絡(luò)上的故障并控制網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)重新組網(wǎng)，內(nèi)含二路光纖接口及一路電纜接口、中繼交換、自動(dòng)組網(wǎng)控制等電路?？蓮V泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、管理、指揮自動(dòng)化領(lǐng)域的總線及環(huán)形計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中。
文檔編號H04B10/02GK1095874SQ9311099
公開日1994年11月30日 申請日期1993年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月5日
發(fā)明者曾大章, 王思問, 黃曉, 謝家德 申請人:曾大章, 王思問, 黃曉, 謝家德