光纤收发器在网络通信中的应用
光纤收发器在网络通信中的应用【1】
摘要：随着通信技术的应用与普及，人们对网络通信在传输距离和覆盖范围方面有了新的要求，光纤收发器是一种用来实现光电信号转换的设施，它的一端是光纤接口，另一端是以太网接口，从而将短距离的以太网电信号和长距离的光信号进行互换，进而达到延长传输信息的目的。
本文介绍了光纤收发器的分类及其在相关方面的应用。
关键词：光纤收发器 网络通信 应用 发展趋势
光纤收发器作为光电介质间的数据转换设备，已成为当今社会通信领域中最重要的技术设备之一，在一些网络建设规模较大的单位，就要求网络覆盖面广、数据流量大、传输带宽高，在设计网络时需要以光纤为主要传输介质组建骨干网，以解决以太网网线无法覆盖的实际网络传输问题。
所以光纤收发器以其自身独特的特点，在网络通信中得到了广泛的应用。
1 光纤收发器的基本特点
光纤收发器是一种将短距离的以太网电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换设备，也称光电转换器，其主要原理是通过光电耦合来实现光信号与电信号的转换，网络协议完全透明，具有频带宽、损耗低、延时短，工作性能可靠、成本低、维护方便等特点，可以实现0-120KM内网络设备之间的连接，具备10M/100M/1000M、半双工/全双工自适应功能，采用专用ASIC芯片实现数据线速转发，支持直通连接模式和存储转发模式，其中网管型收发器支持WEB、TELNET、CLI等多种管理方式。
光纤收发器的应用，使传统的网络传输介质从铜线升级到光纤，降低了用户的投资成本，成为一种廉价的组网方式。
2 光纤收发器的分类及技术应用
2.1 按使用光纤性质划分，可分为单模光纤收发器和多模光纤收发器。
由于光纤性质决定传输距离，单模收发器的覆盖范围在20KM-120KM，多模收发器仅在2KM-5KM之间。
但是，不管是单模还是多模光纤，传输距离与收发器本身的发射功率、接收灵敏度和采用的波长也有关系。
2.2 按所需光纤数划分，可分为单纤光纤收发器和双纤光纤收发器。
光纤收发器采用的波长为1310nm和1550nm，单纤光纤收发器一般提供一个SC型光纤接口，使用波分复用技术，实现数据在一根光纤上的接受和发送;而双纤收发器分别在两根光纤上实现数据的接受和发送，因其具有传输损耗低，技术比较成熟、稳定的特点，广泛应用在中小企业光纤传输网络中。
2.3 按传输带宽来划分，可以分为单独10M、100M、1000M的光纤收发器和10/100M自适应、10/100/1000M自适应的光纤收发器。
多数单独10M、100M和1000M的收发器产品工作在物理层，按位来转发数据，所以具有转发速度快、时延低等方面的优势，适合用于速率固定的链路上，这样在兼容性和稳定性方面显得更加出色。
而10/100M和10/100/1000M自适应光纤收发器的产品主要工作在数据链路层，采用存储转发方式收发信息。
收发器对接收到的每一个数据包都要读取它的源MAC地址、目的MAC地址以及数据净荷，经过CRC循环冗余校验之后将该数据包转发出去;当数据链路饱和时，暂时无法转发的数据先放在收发器的缓存中，等待网络空闲时再转发，这样既减少了数据冲突的可能性又保证了数据传输的可靠性，所以自适应收发器适合于工作在速率不固定的链路上。
2.4 按收发器的结构划分，可分为独立式光纤收发器和模块式光纤收发器。
独立式的光纤收发器主要用在单个用户，由于体积小广泛用在延长网络传输距离的光纤上;模块式的光纤收发器主要用在多用户的汇聚、便于实现统一管理和供电的中心机房机架上。
2.5 按收发器的管理功能来划分，可分为非网管型光纤收发器和可网管型光纤收发器。
非网管型光纤收发器，即插即用，使用灵活、便于调试;可网络管理型收发器是基于SNMP网络协议开发的，支持WEB、TELNET、CLI等多种管理方式，可以提高网络性能、服务质量、安全性能和经济效益。
网管型收发器又可分为用户端可网管和局端可网管。
局端可网管的收发器主要是机架式的产品，多采用主从式的管理结构，即一个主网管模块可串联N个从网管模块，每个从网管模块定期轮询它所在子架上所有光纤收发器的工作状态，并向主网管模块提交。
主网管模块一方面需要轮询自己机架上的网管信息，另一方面还需收集所有从子架上的信息，然后汇总并提交各网管服务器处理。
用户端网管主要分三种：其一是端局的光纤收发器可以检测到光口上的光功率，根据功率来判断故障出现在光纤上还是用户端设备上;其二是在局端和客户端设备之间运行特定的协议，客户端向局端发送状态信息，局端再提交到网管服务器;同时局端设备还可以实现对客户端设备的远程管理功能;其三客户端收发器内置主动式CPU，实现监控用户端设备的工作状态和远程管理。
这三种网管收发器中后边两种可以真正做到远程网管，前一种只是对用户端的设备进行远程监控。
2.6 按工作方式来划分，可以分为全双工和半双工光纤收发器。
全双工方式是指当数据的发送和接收分流，分别由两根光纤传送时，通信双方都能在同一时刻完成发送和接收操作，实现控制数据同时在两个方向上传送，这样无需进行对传输方向切换，不会有切换操作所带来的时间延迟。
半双工方式是指使用同一根光纤既作接收又作发送，虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据，收发器每一端的发送器和接收器是通过收/发开关转接实现信息的`发送和接受，这样就会产生时间延迟。
3 光纤收发器的组网形式和应用范围
3.1 环形骨干网。
环形骨干网是利用SPANNING TREE特性构建网络覆盖范围内的骨干，这种结构可以变形为网状结构，适合于网络设备密度高的场合，组建有容错功能的骨干网络。
这种网可以为企业、政府、教育等行业组建宽带虚拟专网。
3.2 链形骨干网。
链形骨干网以链形联接，可以提供图像、语音、数据及实时监控等综合传输的多媒体网络，其中单纤多网口的产品更能够节省大量的骨干光纤数量，适合于不同的中小企事业单位构造高带宽低价位的骨干网络。
3.3 用户接入系统。
用户接入系统利用10Mbps/100Mbps/1000Mbps自适应及自动转换功能，可以自由联接用户端设备，实现最后一段网络设备的接通，这种系统适合不同要求的通信带宽，能够提高网络运行效率，且网络提升级方案简单、组建网络投资较少。
3.4 应用范围。
光纤收发器作为光电介质间的数据转换设备，打破了以太网电缆的百米局限性，解决了网络设备之间的互联，在物理连接组网中实现交换机之间、交换机和计算机之间、计算机之间的互联，特别在中继传输、光纤模式转换、光纤资源不足方面得到了广泛应用。
4 光纤收发器的未来发展趋势
随着通信技术的发展，光纤收发器产品也在不断完善和升级，在组网的实践过程中，用户对收发器也提出了更高的要求。
4.1 光纤收发器本身应能更好地适应实际的网络环境。
在技术上，保证网络设备的兼容性，符合以太网的标准;在不同场所使用的光纤收发器，其应支持超宽的电源电压，以适应不稳定的供电状况;并且能够适应温度变化范围，尤其在高温环境中散热效果要好;设备本身免受雷击和电磁干扰的影响，这就要求在设计产品时要有严谨的结构设计、精心挑选元器件，以满足不同需求。
4.2 光纤收发器产品要智能化。
芯片组要提高性能，实现真正地信息传输无阻塞，同时提供平衡流量、隔离冲突、自动检测差错，有一定的冗余链路，保证业务不中断。
4.3 收发器可网管化，在网络管理的运行、管理、维护等方面可以提高网络的利用率、传输速度、安全性能、服务质量以及经济效益。
在网管控制方面，希望通过网络管理平台进行远程管理，将光纤收发器的信息库导入到网管服务器的数据库中，便于统一的管理和监控，所以要求在产品研发中保证网管信息的标准化和兼容性。
4.4 从现代通信技术的发展趋势来看，光纤通信将成为未来通信发展的主流，随着计算机网络速度的不断提高，相信今后的光纤收发器产品必定会朝着高智能、高稳定性、低延时、可网管、低成本的方向继续发展。
变电站通信新型光纤收发器的应用【2】
【摘要】 在电力变电站的通信中，大量的光纤收发器不利于统一管理和配置，且在雷雨天气容易遭雷击。
因此，非常有必要对现有机房中的光纤收发器进行整合，并开发集电源防雷和信号防雷功能的新型光纤收发器。
本文对次进行了研究和开发，并完成了该收发器在变电站的应用。
【关键词】 变电站 光纤收发 防雷
随着通信网对传输容量不断增长的需求以及网络交互性、灵活性的要求，波分复用技术越来越多的得到使用。
在国网巴中供电公司大多变电站通信信号光电转换过程中，采用了大量的光纤收发器，多个设备杂乱陈列，不利于通信配置，每次添加新的设备都需要梳理，即浪费大量人力和时间，也带来操作故障隐患。
当遇到恶劣雷雨天气，还容易导致雷击破坏。
一、项目需求
该项目的实施主要满足以下功能：1)根据现有光纤接入的实际情况，建立与之匹配的波分复用模型，明确各项关键参数，使波分复用接收端能安全稳定的接入光纤。
2)开发一种光纤收发装置，该装置内集成上述波分复用设备，并能接收波分复用设备分流之光信号，并转换成电信号，支持8口甚至更多电口输出。
3)开发具有防雷配置收发器，该装置应集成电源防雷模块和信号防雷模块。
二、技术原理及解决思路
波分复用技术是充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率(或波长)不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。
在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。
三、 研究难点
以WDM技术为基础的具有分插复用和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等优势，已成为未来高速传输网的发展方向，很好的解决下列技术问题有利于其实用化。
WDM是一项新的技术，其行业标准制定较粗，因此不同商家的WDM产品互通性极差，特别是在上层的网络管理方面。
因此，需保证WDM系统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连、互通，因此应加强光接口设备的研究。
本项目中，需要将多个光纤收发器进行集成，并设计出具备电源防雷和信号防雷功能的，具有灯信号指示的光纤收发装置，目前国内对具备这些功能的光纤收发装置参考资料较少。
四、功能设计
1、光纤收发设计 。
在设计时，采用单纤设备可以节省一半的光纤，即在一根光纤上实现数据的接收和发送，在光纤资源紧张的地方十分适用。
采用了波分复用的技术，使用的波长为1200-1700nm之间。
采用机架式(模块化)光纤收发装置，可以适用于多光纤收发器的集成，适用于国网巴中供电公司变电站机房等环境下的多台光纤收发器的集中管理和供电，采用2U的机架设计，配备16口电口输出，支持最多16个模块式光纤收发器的集成。
2、防雷设计。
光纤转换装置通过RJ45接口接受来自局域网交换机或者集线器传播的电信号MLT3码，经过磁模块(16ST8515)去除电磁干扰及信号放大处理后由AL210光电转换芯片将MLT3电信号转换成4B5B电信号，然后光收发一体化模块HFBR-5105将该信号转换成同种码制的光纤信号，发送到远处另一光纤收发器或光交接箱。
压敏电阻RV1与陶瓷气体放电管串联后接地，RV1与陶瓷气体放电管串联主要是泄放L线上感应雷击浪涌电流，压敏电阻RV1、压敏电阻RV2短路失效后，陶瓷气体放电管可将其与电源电路分离，不会导致失火现象。
RV2前端线路上串联了一个线绕电阻R，当此RV1短路失效时，线绕电阻R可起到保险丝的作用，将短路电路断开，压敏电阻属电压钳位型保护器件，其钳位电压点即压敏电阻参数选择相对比较重要。