专利名称：一种tap设备的制作方法
技术领域：
本发明属于网络技术领域，特别的，属于ー种TAP设备。
背景技术：
在大規模高性能捜索与高性能数据挖掘等应用中，单台工作站/服务器通常无法满足计算要求，这需要将外部网络发来的数据分配给成百上千台工作站分别进行计算，组成如图I所示的系统。TAPlOl接收外部网络发来的数据，将一路数据复制为8路输出分发给下ー层的8台TAP102。第二层的8台TAP102再将8路数据复制为64路并分发给第三层的64台TAP103，第三层的64台TAP103最 后将数据分发给256工作站/服务器集。如果需要支持更多数量的工作站/服务器，则需使用具有更多输出端ロ的TAP或者采用更多层TAP级联。在前述高性能捜索与高性能数据挖掘等应用中为了获得更高的通信带宽与性能，采用高速的IOG光接入网OAN (Optical Access Network)已成为主流，因此需要大量使用支持IOG光模块的TAP。现代商业化的光网络TAP主要采用两种技术ー种是使用传统的光纤放大器OFA(OpticalFiber Amplifier)加分光器输出式TAP ;另ー种是电复制方式，即将光信号转换成电信号之后，再经过数据分配器分配后即输出给光模块。使用光放大器(OFA)和分光器的8路输出TAP如图2所示，主要由光接收连接与耦合部件201、波长选择耦合器(WSC) 202、激光泵浦源203、光隔离器204、掺铒光纤放大器EDOFA (Erbium-doped Optical Fiber Amplif ier) 205、分光器 206、光输出连接与稱合部件207和电源与监控部分208组成。这种类型的TAP存在着以下问题I、商业化的光纤放大器205仅有掺铒光纤放大器ー种，它只能对1550nm波长附近的光信号进行放大，对于短距传输常用的低成本SFP光模块所使用的1310nm和850nm波长信号无放大能力。工作于1550nm波长的光模块比工作于1310nm和850nm波长的光模块更贵,并且体积较大无法做到SFP尺寸，这将大幅增加系统成本并降低系统容量。2、光纤放大器在放大过程中会引入额外的色散，包括群速度色散(GroupVelocityDispersion, GVD)等,这会使光信号的脉冲宽度增加,表现的结果是降低信号质量，严重时可能会产生误码。3、光纤放大器会引入额外的延迟时间。光在单模光纤SMF(Single-modeopticalfiber)中的传播速度约为真空光速的2/3,即在单模光纤中姆传播一米需要5纳秒(ns)的时间；光在多模光纤MMF (Multi-mode optical fiber)中的传播速度更慢。在高性能数据挖掘等对延迟极端敏感的应用中，这种使用光放大器(OFA)的TAP会极大的降低系统性能。使用电复制或电再生方式的TAP如图3所示，主要由以下部分组成可插拔的ー个或多个收发光模块301接收光信号并将其转换为电信号输出，通常是高速串行数据，此高速串行数据通过差分对SI耦合至302，302为ー级或多级差分的数据扇出缓冲器(FanoutBuffer)或多路复用器(Multiplexer)，负责将一路高速串行数据输入转换为多路高速串行数据输出，并使用差分对S2耦合至收发光模块301、使用差分对S3耦合至发送光模块303。收发光模块301和发送光模块303负责将电的高速串行数据转换为高速的光信号输出。电源和监控部分304为整机提供电源，并可监视整机工作状況。电复制或电再生方式的TAP可以通过更换光模块同时支持不同波长的光信号，杜绝了使用光放大器和分光器的TAP所存在的仅支持1550nm波段的问题，并且可以使用SFP或者SFP+光模块实现高密度安装。但是通常的电复制或电再生方式的TAP存在着以下问题I、相对于在光纤中传输的光信号，电信号形式的高速串行数据在复制和传输的过程中更容易受到干扰，这会给高速串行数据带来额外的时间抖动(jitter)等，降低串行数 据的时间准确度。因为时间抖动本质上是信号的时间噪声，按照噪声叠加理论，时间抖动也可以进行叠加。在电复制或电再生方式的TAP中，电信号形式的高速串行数据在其传输路径上的抖动将逐级叠加，直到转换为光信号为止。观察眼图(eye pattern)是常用的评估高速串行数据信号质量的方法之一。用示波器或者眼图仪采样高速串行数据，当示波器或者眼图仪的扫描时间与高速串行数据的波特率同步时，高速串行数据在示波器或者眼图仪的显示器上看起来会像人的眼睛，即眼图。图5所示为一路没有抖动的高速串行数据的眼图示意图，图形中间的六角形被称之为“模板”，只有当组成眼图的线条(由高速串行数据的采样点组成)即“眼线”全部落在模板外部时才不会产生误码。图6所示为实测的一路附加有大幅抖动的高速串行数据的眼图，眼图的眼线非常模糊，有大量的采样点位于模板内部，这样的高速串行数据将具有很高的误码率。一旦高速差分信号在高频端的抖动幅度达到±0. 2UI (Unit Interval)，则接收端将无法正确识别信号码元，从而产生误码；并且抖动越大，误码率越高。市场上商业化的电复制或电再生方式TAP通常都无法消除抖动。当系统仅包含一级TAP时，使用这种无法消除抖动的电复制或电再生式TAP的问题通常不大；但是在图I所示需要级联TAP以便大量复制高速数据信号的应用中，这种不带抖动消除功能的电复制或电再生方式的TAP将无法胜任。2、相对于光纤每公里不到IdB的衰减，电信号在复制和传输的过程中更容易受介质损耗和干扰信号的影响。图7为电信号的传输模型。从发送器701输出的信号经过传输线702到达接收器703,被传输信号在传输线702上会感应噪声电压704。701输出的信号用x(t)表不，702的传输函数为h(t)，噪声电压704用n(t)表示，则到达接收器703的信号y(t)=x(t)*h(t)+n(t)。其中h(t)由传输线的长度与形状、传输线所处板材的介质损耗特性等共同決定，n(t)与传输线所处工作环境有夫。图8所示为在O. 0762mm(合英制30密尔)厚度的多种板材上实测到的微带线的衰减特性，该特性显示传输线的距离越长则衰减越大。图8中值得注意的一点是介质损耗会随着信号频率的升高而增大，即传输线的传输函数h(t)与频率相关。过长的传输距离会带来极大的衰减，尤其在信号的高频段。这会使703接收到的信号y(t)中的x(t)*h(t)分量大幅减小，而704噪声电压n(t)所占比重将加大，导致信号y(t)的信噪比降低，严重时会带来误码。从眼图上观察，这种与频率相关的损耗将导致高速信号的上升和下降沿变缓慢，并且不同码型(比如0011与000111)因为其等效频率不同，将会有不同的衰减值，即不同码型之间发生变化时的上升和下降也会不同，这被称之为码间干扰ISIdnter SymbolInterference)。图9为一路IOGE信号经过45cm长的FR4传输线衰减之后的眼图，由于信号随频率变化的衰减值不同以及码间干扰，所以该眼图的眼线很杂乱，基本无法辨认。3、收发端ロ布局不合理，导致部分复制路径衰减过大、延迟过长。图10所示为目前市场上常见的一种电再生方式TAP,其输入端ロ 1001和1002位于机箱的右边，四通道输出端ロ 1003、1004、1005、1006位于机箱的左边。在这种拓扑结构里，输入端ロ 1001或1002的数据经过数据复制器1007之后到达1003部分的输出端ロ的路径几乎要穿越超过机箱一半宽度的距离，按照每个SFP光模块14. 25mm的宽度计算，1003部分最左边的输出端ロ距离最近的输入端ロ 1001至少为16*14. 25mm = 228mm,电信号在PCB上传播延228mm大约需要 丄ns。
发明内容
为了解决上述的各种问题，本发明提出了一种电复制TAP，包括M路收发器、M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器、M路均衡与预加重驱动器、NI路发送器、NI路均衡与预加重驱动器、N2路发送器、N2路均衡与预加重驱动器、M (N1+N2+M)路数据切換器、监视与控制单元、电源以及多条传输线，其特征为所述M路收发器位于机箱前面板的中部，NI路发送器和N2路发送器分别位于的两边，并且NI和N2的数量大致相等。本发明所述的电复制TAP，M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器的特点是包含可变增益放大器VGA、FFE或者DFE类型的均衡器、时钟数据恢复器和预加重差分驱动器，其特征为，所述M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器的安装位置的特点是紧靠M路接收器，可以确保二者之间的传输线的距离最短本发明所述的电复制TAP，其中所述M : (N1+N2+M)路数据切换器负责数据的转发与路由控制，其输出通道数为N1+N2+M，输入通道数为M。从M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器恢复出来的数字信号通过传输线送入M:(N1+N2+M)路数据切換器，再分别通过传输线复制给M路均衡与预加重驱动器送往M路收发器中的M路发送器；通过传输线复制给NI路均衡与预加重驱动器送往NI路发送器；通过传输线复制给N2路均衡与预加重驱动器送往N2路发送器。本发明所述的电复制TAP，其中监视与控制单元带有ー个以太网接ロ，井内建有网络服务器(Web Server)，该网络服务器包含有显示设置TAP工作状态的网页。用户可以使用浏览器访问这些网页以便监视TAP的工作状态，还可通过网页修改TAP的工作模式，设置M (N1+N2+M)路数据切换器的复制拓扑，或关闭未使用的输出端ロ以降低能耗。
图I显示的是现有的TAP设备以及组网方法图2显示的是现有技术中使用光放大器和分光器的多路输出TAP结构图3显示的是现有技术中电复制或电再生方式的TAP结构图4显示的是高速数据的抖动示意5显示的是IOGbps数据的眼图和模板图6显示的是示波器测试的眼图结果图7显示的传输线的信道模型 图8显示的是PCB板材的衰减数据图9显示的是IOGbps信号经过长距离传输接收端收到的数据波形图10显示的是现有技术中TAP的结构设计图11显示的是本发明中TAP的硬件框图设计图12显示的是接收端电路原理13显示的是多路均衡与预加重驱动器的结构。
具体实施例方式以下參考图11对本发明的实施方式进行具体描述。本发明所述的电复制TAP包括M路收发器1101、M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器1102、M路均衡与预加重驱动器1103、N1路发送器1104、N1路均衡与预加重驱动器1105、N2路发送器1106、N2路均衡与预加重驱动器1107、M (N1+N2+M)路数据分配器1108、监视与控制单元1109、电源1110以及传输线S1101、S1102、S1103、S1104、S1105、S1106、S1107、S1108组成。其中1111为机箱前面板。为了降低整体延迟，本发明所述电复制TAP的收发通道布局具有以下特征M路收发器1101位于机箱前面板1111的中部，NI路发送器和N2路发送器分别位于1101的两边，并且NI和N2的数量大致相等。这种布局，可以避免传输线几乎需要跨域整个机箱的情况；在M = 2的情况下，可以保证所有输出通道与输入通道之间的直线距离小于机箱前面板1111宽度的一半。M路收发器1101的特点是可以为光模块或者电的收发端ロ，包含有M路接收器IlOla,可以接收光或者电的输入信号；M路发送器IlOlb,可以发出光或者电的输出信号。M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器1102的特点是包含可变增益放大器 VGA(Variable Gain Amplifier) 1201> CTLE (ContinuousTime Linear Equalization)>FFE(Feed Forward Equalization)或者DFE(Decision Feedback Equalization)类型的均衡器1202、时钟数据恢复器1203和预加重差分驱动器1204，如图12所示。1102的安装位置的特点是紧靠M路接收器1101a，这可以确保二者之间的传输线SllOl的距离最短。根据图8所述的传输线模型和图7所示的介质损耗特性，最短的传输线拥有最优的传输函数，并且最短的传输线使得其感应噪声电压的可能性大大降低，从而使达到1102的信号最接近IlOla输出的原始信号。经过1202均衡后的信号送入时钟数据恢复器1203提取出位时钟，并使用该时钟对进行重定时，从中恢复出正确的ニ进制数字信号送入带预加重(pre-emphasis)的差分驱动器1204。1204的预加重功能可以根据PCB板材在高频段的衰减预先提升输出信号的高频分量从而补偿传输线上与频率相关的损耗。通过使用带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器1102，可以将达到M:(Ni+N2+M)路数据分配器1108之前的高速串行数据的抖动降到最低，从而防止抖动和码间干扰的累积，这能极大的提高通信的可靠性，满足级联的需求。带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器1102还可以补偿信号进入接收器IlOla之前的衰减，并消除其抖动。该功能包含但不限于单模或多模光纤和光模块组成的信道以及铜缆。M:(N1+N2+M)路数据切換器1108负责数据的转发与路由控制，其输出通道数为N1+N2+M，输入通道数为M。从M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器1102恢复出来的数字信号通过传输线SI 103送入M (Ν +Ν2+Μ)路数据切换器1108，再分别I、通过传输线S1104复制给M路均衡与预加重驱动器1103送往M路收发器1101中的M路发送器IlOlb ；2、通过传输线S1105复制给NI路均衡与预加重驱动器1105送往NI路发送器1104 ;3、通过传输线S1107复制给N2路均衡与预加重驱动器1107送往N2路发送器1106。多路均衡与预加重驱动器1103、1105和1107的结构如图13所示，包含CTLE (ContinuousTime Linear Equalization)> FFE (Feed Forward Equalization)或者DFE (Decision FeedbackEqualization)类型的均衡器1301、时钟数据恢复器1302和预加重差分驱动器1303。均衡器1301可以分别补偿传输线S1104、S1105和S1107的衰减；时钟数据恢复器1302可以对高速差分数据重定吋，消除抖动；预加重差分驱动器1303可以补偿S1102、S1106和S1108的衰减，配合1103、1105和1107的安装位置分别靠近其对应的发送器1101b、1104和1106的特性，可以使传输线S1102、S1106和S1108的距离最短，从而最大限度的降低这些路劲上的损耗，使达到发送器1101b、1104和1106的信号质量最佳，降低误码。M (N1+N2+M)路数据切換器1108可以根据监视与控制单元1109的配置实现多种复制拓扑I、将M路接收器IlOla接收到的某一路信号同时复制给M路均衡与预加重驱动器1103、NI路均衡与预加重驱动器1105和N2路均衡与预加重驱动器1107，之后再输出；
2、将M路接收器IlOla接收到的某几路信号分别复制给M路均衡与预加重驱动器1103和/或NI路均衡与预加重驱动器1105和/或N2路均衡与预加重驱动器1107，之后再输出；
3、在前述两种复制拓扑中，可以关闭部分未使用的输出通道，以降低整机功耗。监视与控制单元1109带有ー个以太网接ロ，并内建有网络服务器(Web Server),该网络服务器包含有显示设置TAP工作状态的网页。用户可以使用浏览器访问这些网页以便监视TAP的工作状态，还可通过网页修改TAP的工作模式，设置M (N1+N2+M)路数据切换器1108的复制拓扑，或关闭未使用的输出端ロ以降低能耗。以上结合附图对本发明优选实施方式进行了详细描述，但是本发明不限于上述实 施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明精神的前提下做出各种变化。
权利要求
1.一种电复制TAP，包括M路收发器、M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器、M路均衡与预加重驱动器、NI路发送器、NI路均衡与预加重驱动器、N2路发送器、N2路均衡与预加重驱动器、M (N1+N2+M)路数据切换器、监视与控制单元、电源以及多条传输线，其特征为 所述M路收发器位于机箱前面板的中部，NI路发送器和N2路发送器分别位于的两边，并且NI和N2的数量大致相等。
2.如权利要求I所述的电复制TAP，M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器的特点是包含可变增益放大器VGA、FFE或者DFE类型的均衡器、时钟数据恢复器和预加重差分驱动器，其特征为， 所述M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器的安装位置的特点是紧靠M路接收器，可以确保二者之间的传输线的距离最短
3.如权利要求I所述的电复制TAP，其中所述M:(N1+N2+M)路数据切换器负责数据的转发与路由控制，其输出通道数为N1+N2+M，输入通道数为M。从M路带放大功能的均衡器与时钟数据恢复器恢复出来的数字信号通过传输线送入M :(N1+N2+M)路数据切换器，再分别 通过传输线复制给M路均衡与预加重驱动器送往M路收发器中的M路发送器； 通过传输线复制给NI路均衡与预加重驱动器送往NI路发送器； 通过传输线复制给N2路均衡与预加重驱动器送往N2路发送器。
4.如权利要求I所述的电复制TAP，其中监视与控制单元带有一个以太网接口，并内建有网络服务器(Web Server)，该网络服务器包含有显示设置TAP工作状态的网页。用户可以使用浏览器访问这些网页以便监视TAP的工作状态，还可通过网页修改TAP的工作模式，设置M (N1+N2+M)路数据切换器的复制拓扑，或关闭未使用的输出端口以降低能耗。
全文摘要
本发明提出一种TAP设备，通过电复制的方法，将高速数据分发到多个监控端口，同时保持信号质量不变。通过输入端均衡电路和输出端预加重电路以及时钟恢复电路，从传输路径上的衰减中恢复出原始信号，并保证传输延迟最低。
文档编号H04L29/08GK102684945SQ201210142520
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者李彧, 沈文博, 苗澎, 许迎春, 陈祝清 申请人:南京英飞诺网络科技有限公司