淺談光纖收發(fā)器在網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用

摘要：隨著通信技術(shù)的應(yīng)用與普及，人們對網(wǎng)絡(luò)通信在傳輸距離和覆蓋范圍方面有了新的要求，光纖收發(fā)器是一種用來實(shí)現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換的設(shè)施，它的一端是光纖接口，另一端是以太網(wǎng)接口，從而將短距離的以太網(wǎng)電信號和長距離的光信號進(jìn)行互換，進(jìn)而達(dá)到延長傳輸信息的目的。本文介紹了光纖收發(fā)器的分類及其在相關(guān)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光纖收發(fā)器 網(wǎng)絡(luò)通信 應(yīng)用 發(fā)展趨勢

光纖收發(fā)器作為光電介質(zhì)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，已成為當(dāng)今社會通信領(lǐng)域中最重要的技術(shù)設(shè)備之一，在一些網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模較大的單位，就要求網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、數(shù)據(jù)流量大、傳輸帶寬高，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時需要以光纖為主要傳輸介質(zhì)組建骨干網(wǎng)，以解決以太網(wǎng)網(wǎng)線無法覆蓋的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸問題。所以光纖收發(fā)器以其自身獨(dú)特的特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 光纖收發(fā)器的基本特點(diǎn)

光纖收發(fā)器是一種將短距離的以太網(wǎng)電信號和長距離的光信號進(jìn)行互換的以太網(wǎng)傳輸媒體轉(zhuǎn)換設(shè)備，也稱光電轉(zhuǎn)換器，其主要原理是通過光電耦合來實(shí)現(xiàn)光信號與電信號的轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全透明，具有頻帶寬、損耗低、延時短，工作性能可靠、成本低、維護(hù)方便等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)0-120KM內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接，具備10M/100M/1000M、半雙工/全雙工自適應(yīng)功能，采用專用ASIC芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)線速轉(zhuǎn)發(fā)，支持直通連接模式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，其中網(wǎng)管型收發(fā)器支持WEB、TELNET、CLI等多種管理方式。光纖收發(fā)器的應(yīng)用，使傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)從銅線升級到光纖，降低了用戶的投資成本，成為一種廉價(jià)的組網(wǎng)方式。

2 光纖收發(fā)器的分類及技術(shù)應(yīng)用

2.1 按使用光纖性質(zhì)劃分，可分為單模光纖收發(fā)器和多模光纖收發(fā)器。由于光纖性質(zhì)決定傳輸距離，單模收發(fā)器的覆蓋范圍在20KM-120KM，多模收發(fā)器僅在2KM-5KM之間。但是，不管是單模還是多模光纖，傳輸距離與收發(fā)器本身的發(fā)射功率、接收靈敏度和采用的波長也有關(guān)系。

2.2 按所需光纖數(shù)劃分，可分為單纖光纖收發(fā)器和雙纖光纖收發(fā)器。光纖收發(fā)器采用的波長為1310nm和1550nm，單纖光纖收發(fā)器一般提供一個SC型光纖接口，使用波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在一根光纖上的接受和發(fā)送；而雙纖收發(fā)器分別在兩根光纖上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送，因其具有傳輸損耗低，技術(shù)比較成熟、穩(wěn)定的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在中小企業(yè)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中。

2.3 按傳輸帶寬來劃分，可以分為單獨(dú)10M、100M、1000M的光纖收發(fā)器和10/100M自適應(yīng)、10/100/1000M自適應(yīng)的光纖收發(fā)器。

多數(shù)單獨(dú)10M、100M和1000M的收發(fā)器產(chǎn)品工作在物理層，按位來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，所以具有轉(zhuǎn)發(fā)速度快、時延低等方面的優(yōu)勢，適合用于速率固定的鏈路上，這樣在兼容性和穩(wěn)定性方面顯得更加出色。而10/100M和10/100/1000M自適應(yīng)光纖收發(fā)器的產(chǎn)品主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式收發(fā)信息。收發(fā)器對接收到的每一個數(shù)據(jù)包都要讀取它的源MAC地址、目的MAC地址以及數(shù)據(jù)凈荷，經(jīng)過CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)之后將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去；當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路飽和時，暫時無法轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)先放在收發(fā)器的緩存中，等待網(wǎng)絡(luò)空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)，這樣既減少了數(shù)據(jù)沖突的可能性又保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，所以自適應(yīng)收發(fā)器適合于工作在速率不固定的鏈路上。

2.4 按收發(fā)器的結(jié)構(gòu)劃分，可分為獨(dú)立式光纖收發(fā)器和模塊式光纖收發(fā)器。獨(dú)立式的光纖收發(fā)器主要用在單個用戶，由于體積小廣泛用在延長網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的光纖上；模塊式的光纖收發(fā)器主要用在多用戶的匯聚、便于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和供電的中心機(jī)房機(jī)架上。

2.5 按收發(fā)器的管理功能來劃分，可分為非網(wǎng)管型光纖收發(fā)器和可網(wǎng)管型光纖收發(fā)器。非網(wǎng)管型光纖收發(fā)器，即插即用，使用靈活、便于調(diào)試；可網(wǎng)絡(luò)管理型收發(fā)器是基于SNMP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)的，支持WEB、TELNET、CLI等多種管理方式，可以提高網(wǎng)絡(luò)性能、服務(wù)質(zhì)量、安全性能和經(jīng)濟(jì)效益。網(wǎng)管型收發(fā)器又可分為用戶端可網(wǎng)管和局端可網(wǎng)管。局端可網(wǎng)管的收發(fā)器主要是機(jī)架式的產(chǎn)品，多采用主從式的管理結(jié)構(gòu)，即一個主網(wǎng)管模塊可串聯(lián)N個從網(wǎng)管模塊，每個從網(wǎng)管模塊定期輪詢它所在子架上所有光纖收發(fā)器的工作狀態(tài)，并向主網(wǎng)管模塊提交。主網(wǎng)管模塊一方面需要輪詢自己機(jī)架上的網(wǎng)管信息，另一方面還需收集所有從子架上的信息，然后匯總并提交各網(wǎng)管服務(wù)器處理。

用戶端網(wǎng)管主要分三種：其一是端局的光纖收發(fā)器可以檢測到光口上的光功率，根據(jù)功率來判斷故障出現(xiàn)在光纖上還是用戶端設(shè)備上；其二是在局端和客戶端設(shè)備之間運(yùn)行特定的協(xié)議，客戶端向局端發(fā)送狀態(tài)信息，局端再提交到網(wǎng)管服務(wù)器；同時局端設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)對客戶端設(shè)備的遠(yuǎn)程管理功能；其三客戶端收發(fā)器內(nèi)置主動式CPU，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控用戶端設(shè)備的工作狀態(tài)和遠(yuǎn)程管理。這三種網(wǎng)管收發(fā)器中后邊兩種可以真正做到遠(yuǎn)程網(wǎng)管，前一種只是對用戶端的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.6 按工作方式來劃分，可以分為全雙工和半雙工光纖收發(fā)器。全雙工方式是指當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流，分別由兩根光纖傳送時，通信雙方都能在同一時刻完成發(fā)送和接收操作，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳送，這樣無需進(jìn)行對傳輸方向切換，不會有切換操作所帶來的時間延遲。半雙工方式是指使用同一根光纖既作接收又作發(fā)送，雖然數(shù)據(jù)可以在兩個方向上傳送，但通信雙方不能同時收發(fā)數(shù)據(jù)，收發(fā)器每一端的發(fā)送器和接收器是通過收/發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)接實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送和接受，這樣就會產(chǎn)生時間延遲。

3 光纖收發(fā)器的組網(wǎng)形式和應(yīng)用范圍

3.1 環(huán)形骨干網(wǎng)。環(huán)形骨干網(wǎng)是利用SPANNING TREE特性構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的骨干，這種結(jié)構(gòu)可以變形為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，適合于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備密度高的場合，組建有容錯功能的骨干網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)可以為企業(yè)、政府、教育等行業(yè)組建寬帶虛擬專網(wǎng)。

3.2 鏈形骨干網(wǎng)。鏈形骨干網(wǎng)以鏈形聯(lián)接，可以提供圖像、語音、數(shù)據(jù)及實(shí)時監(jiān)控等綜合傳輸?shù)亩嗝襟w網(wǎng)絡(luò)，其中單纖多網(wǎng)口的產(chǎn)品更能夠節(jié)省大量的骨干光纖數(shù)量，適合于不同的中小企事業(yè)單位構(gòu)造高帶寬低價(jià)位的骨干網(wǎng)絡(luò)。

3.3 用戶接入系統(tǒng)。用戶接入系統(tǒng)利用10Mbps/100Mbps/1000Mbps自適應(yīng)及自動轉(zhuǎn)換功能，可以自由聯(lián)接用戶端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)最后一段網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接通，這種系統(tǒng)適合不同要求的通信帶寬，能夠提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，且網(wǎng)絡(luò)提升級方案簡單、組建網(wǎng)絡(luò)投資較少。

3.4 應(yīng)用范圍。光纖收發(fā)器作為光電介質(zhì)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，打破了以太網(wǎng)電纜的百米局限性，解決了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互聯(lián)，在物理連接組網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)交換機(jī)之間、交換機(jī)和計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)，特別在中繼傳輸、光纖模式轉(zhuǎn)換、光纖資源不足方面得到了廣泛應(yīng)用。

4 光纖收發(fā)器的未來發(fā)展趨勢

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，光纖收發(fā)器產(chǎn)品也在不斷完善和升級，在組網(wǎng)的實(shí)踐過程中，用戶對收發(fā)器也提出了更高的要求。

4.1 光纖收發(fā)器本身應(yīng)能更好地適應(yīng)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在技術(shù)上，保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的兼容性，符合以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)；在不同場所使用的光纖收發(fā)器，其應(yīng)支持超寬的電源電壓，以適應(yīng)不穩(wěn)定的供電狀況；并且能夠適應(yīng)溫度變化范圍，尤其在高溫環(huán)境中散熱效果要好；設(shè)備本身免受雷擊和電磁干擾的影響，這就要求在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精心挑選元器件，以滿足不同需求。

4.2 光纖收發(fā)器產(chǎn)品要智能化。芯片組要提高性能，實(shí)現(xiàn)真正地信息傳輸無阻塞，同時提供平衡流量、隔離沖突、自動檢測差錯，有一定的冗余鏈路，保證業(yè)務(wù)不中斷。

4.3 收發(fā)器可網(wǎng)管化，在網(wǎng)絡(luò)管理的運(yùn)行、管理、維護(hù)等方面可以提高網(wǎng)絡(luò)的利用率、傳輸速度、安全性能、服務(wù)質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益。在網(wǎng)管控制方面，希望通過網(wǎng)絡(luò)管理平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，將光纖收發(fā)器的信息庫導(dǎo)入到網(wǎng)管服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，便于統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，所以要求在產(chǎn)品研發(fā)中保證網(wǎng)管信息的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性。

4.4 從現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，光纖通信將成為未來通信發(fā)展的主流，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)速度的不斷提高，相信今后的光纖收發(fā)器產(chǎn)品必定會朝著高智能、高穩(wěn)定性、低延時、可網(wǎng)管、低成本的方向繼續(xù)發(fā)展。