計算機網用自動容錯型光電中繼器的製作方法

2023-06-09 12:30:51 1

專利名稱：計算機網用自動容錯型光電中繼器的製作方法
技術領域：
本發明屬計算機網絡領域，特別是涉及到軍用光纖計算機區域網中的一種具有自動容錯(抗毀)功能的光電中繼器設計方案。
一般的計算機區域網路系統通常是由計算機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所構成，通過滿足一定網絡標準的軟體使工作站在網絡上運行。由於網絡標準及中繼器的不同，可以用不同的傳輸介質構成不同的網絡結構，從而使網絡具有不同的性能。在多種計算機區域網標準中，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)標準已被MAP/TOP(生產自動化/技術與辦公協議)所採納，進而使這兩種標準的網絡更加廣泛地應用在生產、辦公、及指揮自動化領域。由於這兩種標準都採用總線方式聯網，結構簡單、建網方便、成本低廉。但是，當總線上出現故障或斷路時，整個網絡將無法運行。因而可靠性要求高的應用場合，特別是軍用場合不適用。為了滿足高可靠性需要，又要求與上述網絡標準兼容，需研製不同結構和不同功能的中繼器。
目前，已有義大利IPN-10作戰系統採用了一種稱為MHIDAS總線的系統，傳輸介質採用了兩條同軸電纜，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。當一條中斷時，另一條總線可處理全部通信量。因此，MHIDAS總線系統具有容錯性。但是，由於這種系統的傳輸介質全部採用同軸電纜，保密性差;易受幹擾;傳輸損耗大。美國AndrewsGlista，Jr.發明的專利產品(美國專利May41987，Pat.No.4，837，856和May30，1989，ser.No.357，959);用於高速數據傳輸的容錯型光纖耦合器/中繼器，可以將用戶節點連接成光纖雙環網絡系統，其中一個為主光纖環，另一個為備用光纖環。在每一個光纖耦合器/中繼器的主光纖入口處用一個光分支器分離部分光傳到連接下一個光纖耦合器/中繼器的備用光纖輸入口。當光纖耦合器/中繼器檢測到從主光纖輸入的光功率低於預定的門限值時，則信號接收電路就從接收主光纖的信號轉為接收備用光纖的信號。因而當兩條光纖中的一條斷了或光纖耦合器/中繼器發不出光信號時，網絡通過備用光纖仍能繼續構成環形網絡而不中斷工作，所以這種光纖雙環網具有自動容錯功能。但是這種光纖耦合器/中繼器不能用於總線型協議的計算機網絡系統;也不能直接用於採用分組傳輸(無連續光信號)方式的環形計算機區域網;當兩根光纖同時斷裂時，網絡就不能正常工作，因此容錯能力不強;因採用光分支器使得光功率損耗大，傳輸距離不遠，光檢測門限動態範圍小。美國FiberCom.Inc公司開發的Wispernet採用一個主光纖環及一個備用光纖環將工作站連接成雙環網絡系統。當光纖繼裂時，與斷點相鄰的兩個站都把主次兩環連接起來，從而實現容錯功能。但是，一個中繼器只能連接一個工作站，成本高;由於採用了光纖旁路器並基於電機集電器控制光路改變方向，因而光功率分路損耗大，重新組網的速度慢，可靠性不高。
總之，現有的計算機區域網中使用的中繼器的缺點是1、由電中繼器組成的電纜計算機網絡系統保密性差，抗幹擾能力弱，傳輸距離不遠。
2、可以組成光纖網絡的光中繼器只能掛上一個工作站，成本高，實有性差。
3、容錯的方式採用集電器控制光纖分支器，速度慢且可靠性差。
4、採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，光檢測門限動態範圍小。
5、已有的光中繼器和電中繼器只能構成單一結構的網絡，而且傳輸介質也是單一的，因而使用不方便。
本發明的目的是要設計出一種新型的光電中繼器，它能連接光纖形成骨幹網絡並用電纜連接一組工作站或直接連接用戶節點，利用一對冗餘光纖段使網絡形成閉環，通過高速可靠的電子電路控制網絡實現自動重組的容錯功能，從而克服現有技術產品存在的缺點。
本發明的容錯型光電中繼器的原理如圖1。與已有的中繼器相比，在本發明的光電中繼器中增加有光路信號中繼發送處理與控制器(3)、組網命令發生器(4)，信息流向檢測器(5)、組網命令檢測器(6)、網絡狀態檢測與報警指示器(7)、電路信號處理與控制器(8)、電纜接口收發器(9)，從而使本發明的光電中繼器具有全新的功能。本發明工作原理用圖1來說明當工作站(21)發向電纜(20)的信號經電纜接口收發器(9)接收後送電路信號處理與控制器(8)，或工作站發出的信號直接經節點接口(11)送向(8)，在沒有光路數據信號輸入或無碰撞的前提條件下，經過(8)把電纜上的信號同時送到兩邊的光路信號中繼發送處理與控制器(3)，再經光發射器(1)變成光信號後向兩邊的光纖(19)上發送出去。另一方面，從(19)上傳來的光信號經光接收器(2)變成電信號，經光路信號中繼發送處理與控制器(3)中繼處理後，一路送電路信號處理與控制器(8)後向電纜或工作站上傳送，另一路送對邊的光路信號中繼發送處理與控制器(3)後向光纖上發送出去。自動組網的工作原理如圖2所示由多個光電中繼器(18)連接光纖(19)及電纜段(20)構成光纖雙環及多個電纜段的混合介質網絡系統。建立系統時，設置一個光電中繼器中的一個光路信號中繼器發送處理與控制器(3)為自動組網主控狀態，而其它的(3)均設為自動組網從屬狀態。主控狀態的光電中繼器的組網命令發生器(4)發出自動組網命令信號，經過光纖環路傳輸後由組網命令檢測器(6)檢測到的信號與原發信號相同，則表明網絡環路正常，呈主控狀態的(3)中的電子開關置斷開狀態。此時，網絡實際上是一個邏輯上的總線網，網上有一對冗餘光纖段使網絡構成物理上的環形網。當某一根光路或兩根光路同時斷開或光電中繼器出現故障時，則與之相連的光電中繼中的(6)將及時快速地檢測到故障信號，並將端機中相關聯的(3)中的開關置開路狀態，同時將故障信號傳送到主控站，主控站接收到故障信號後將(3)中原來置開路的電子開關置閉合狀態，並顯示報警，這時網絡實現了自動重組。由於電子開關和檢測控制電路的速度極快且可靠性高，因而重組速度快，功能穩定可靠。
與現有技術相比，本發明光電中繼器的優點是第一，本發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;既能接一個工作站，又能通過一個電纜段將多至100個工作站接入光纖骨幹網絡上。這樣，既保證了骨幹傳輸線上採用光纖使系統具有抗雷電、抗幹擾、保密性好，傳輸距離遠，又保證了通過電纜分支接頭方便，大大節約用戶成本。第二，新型的光電中繼器採用高速可靠的電子控制電路實現網絡重組而不採用光纖分支器和機電集電器，因而光功率無分支損耗，傳輸距離遠，可達30公裡無中繼(將受網絡協議限制);接收動態範圍大，可大於20分貝;重組速度快，正常組網狀態與重組狀態之間轉換時不丟失數據信息;可靠性好。第三、光電中繼器能檢測網絡上的硬故障(光纖斷裂或光電中繼器斷電、毀壞)及軟故障(傳輸質量惡化，誤碼率大);構成環形光纖計算機網時能自動重新組網，使網絡具有自動容錯功能，也能通過人工或程控交換機控制方式重新組網;第四、本發明光電中繼器利用一對冗餘的光纖段(而不是冗餘環)使邏輯上的總線網構成物理上的環形網，實現自動容錯。因而當某段(一根或兩根)光纖斷裂時網絡仍能正常運行，容錯能力強。必要時，也能構成光纖總線網絡系統。第五、本發明光電中繼器能用於生產、管理、指揮自動化領域的總線形計算機網絡系統，也能應用於環形計算機網絡系統中。
附圖及


圖1本發明光電中繼器電路原理2本發明光電中繼器的自動容錯功能說明3本發明光電中繼器外形結構4由本發明光電中繼器構成的作戰指揮光纖計算機網絡系統其中1、為光發射器2、為光接收器3、為光路信號中繼發送處理與控制器4、為組網命令發生器5、為信息流向檢驗器6、為組網命令檢測器7、為網絡狀態檢測與報警指示器8、為電路信號處理與控制器9、為電纜收發器10、為電源電路11、為節點接口12、為電纜連接器13、為光纖連接器14、為電源開關15、為功能選擇鍵16、為顯示窗17、為機殼18、為本發明自動容錯型光電中繼器19、為光纖(光纜)20、為電纜21、為工作站(用戶)
實施例結合本發明光電中繼器電路原理圖(圖1)和用本發明光電中繼器組成的作戰指揮光纖計算機網絡系統(圖4)為例說明如圖1所示，本發明所述的自動容錯型光電中繼器由兩套反向傳輸的光發射器(1)和光接收器(2)、兩套光路信號中繼發送處理與控制器(3)、兩套組網命令發生器(4)、一個信息流向檢測器(5)、組網命令檢測器(6)、網絡狀態檢測與報警指示器(7)、電路信號處理與控制器(8)、電纜接口收發器(9)、電源電路(10)、節點接口(11)等組成，加上電纜連接器(12)、光纖連接器(13)、電源開關(14)、功能選擇鍵(15)、顯示窗(16)和機殼(17)便能構成為一臺完整的自動容錯型光電中繼器(18)。
在實施例中，(11)選用DIX節點接口、(12)選用BNC細電纜連接器、(13)選用FC型光纖連接器，用四對500-1000m的雙芯野戰光纜段分別連接在四臺本發明的光電中繼器的FC接口上，形成光纖環形網絡系統。在BNC上連接50Ω的300m細同軸基帶電纜，在每段細電纜上掛20個(可多至100個)工作站。光電中繼器和掛在細電纜上的工作站裝在金屬方艙內，以便運輸和屏蔽，這樣便可構成作戰指揮自動容錯型光纖計算機網絡系統，網絡周長可達4Km長，這個網絡具有自動重組的容錯功能。在網絡上可運行Novell、DECnet、TCP/IP等網絡作業系統。
權利要求
1.自動容錯型光電中繼器是由光發射器(1)、光接收器(2)、光路信號中繼發送處理與控制器(3)、組網命令發生器(4)、信息流向檢測器(5)、組網命令檢測器(6)、網絡狀態檢測與報警指示器(7)、電路信號處理與控制器(8)、電纜接口收發器(9)、電源電路(10)、節點接口(11)、電纜連接器(12)、光纖連接器(13)、電源開關(14)功能選擇鍵(15)、顯示窗(16)、機殼(17)等組成，其特徵在於1)在兩邊的光收發器之間加有光路信號中繼發送處理與控制器(3)，使之完成自動組網所需的光路通斷和光路信號中繼及信號交換功能；2)在光路信號中繼發送處理與控制器之間加有組網命令發生器(4)，使之完成在不同組網要求時發不同特徵的命令信號；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)結合完成光纖、電纜混合介質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組網命令檢測器(6)，通過它使光電中繼器接受網絡上的組網命令；5)在光電中繼器中加有網絡狀態檢測與報警指示器(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)結合完成電纜上的信號與光纖上的信號的交換功能。
2.如權力要求1所述的自動容錯型光電中繼器具有一個電纜接口、一個節點接口和兩對光纖接口，從而構成光纖電纜混合介質的自動容錯型光纖計算機網絡系統。
3.如權利要求1所述的自動容錯型光電中繼器實現容錯的方法是利用一對冗餘光纖段使邏輯上的總線網絡構成物理上的環形網絡，通過高速可靠的電子電路檢測網絡上的故障並控制光電中繼器中的電子開關狀態重新組合，避開故障段，實現及時高速的網絡重組。
全文摘要
計算機網用自動容錯型光電中繼器，是用於計算機網絡中的設備，用以完成電纜和光纖混合介質上信號的中繼及交換並使網絡具有自動容錯功能。利用一對冗餘光纖段將邏輯上的總線網構成物理上的環形網，通過高速可靠的電子電路檢測網絡上的故障並控制網絡自動重新組網，內含二路光纖接口及一路電纜接口、中繼交換、自動組網控制等電路。可廣泛地應用於生產、管理、指揮自動化領域的總線及環形計算機區域網中。
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 優先權日1993年5月5日
發明者曾大章, 王思問, 黃曉, 謝家德 申請人:曾大章, 王思問, 黃曉, 謝家德