专利名称：计算机网用自动容错型光电中继器的制作方法
技术领域：
本发明属计算机网络领域，特别是涉及到军用光纤计算机局域网中的一种具有自动容错(抗毁)功能的光电中继器设计方案。
一般的计算机局域网络系统通常是由计算机工作站或其它类型的终端、中继器、电缆或光纤或其它类型的传输介质所构成，通过满足一定网络标准的软件使工作站在网络上运行。由于网络标准及中继器的不同，可以用不同的传输介质构成不同的网络结构，从而使网络具有不同的性能。在多种计算机局域网标准中，IEEE802.3(CSMA/CD-具有碰撞检测功能的载波侦听多路访问)和IEEE802.4(TOKENBUS-令牌总线)标准已被MAP/TOP(生产自动化/技术与办公协议)所采纳，进而使这两种标准的网络更加广泛地应用在生产、办公、及指挥自动化领域。由于这两种标准都采用总线方式联网，结构简单、建网方便、成本低廉。但是，当总线上出现故障或断路时，整个网络将无法运行。因而可靠性要求高的应用场合，特别是军用场合不适用。为了满足高可靠性需要，又要求与上述网络标准兼容，需研制不同结构和不同功能的中继器。
目前，已有意大利IPN-10作战系统采用了一种称为MHIDAS总线的系统，传输介质采用了两条同轴电缆，用一种具有中继器功能的访问模件将工作连在两条电缆总线上。当一条中断时，另一条总线可处理全部通信量。因此，MHIDAS总线系统具有容错性。但是，由于这种系统的传输介质全部采用同轴电缆，保密性差;易受干扰;传输损耗大。美国AndrewsGlista，Jr.发明的专利产品(美国专利May41987，Pat.No.4，837，856和May30，1989，ser.No.357，959);用于高速数据传输的容错型光纤耦合器/中继器，可以将用户节点连接成光纤双环网络系统，其中一个为主光纤环，另一个为备用光纤环。在每一个光纤耦合器/中继器的主光纤入口处用一个光分支器分离部分光传到连接下一个光纤耦合器/中继器的备用光纤输入口。当光纤耦合器/中继器检测到从主光纤输入的光功率低于预定的门限值时，则信号接收电路就从接收主光纤的信号转为接收备用光纤的信号。因而当两条光纤中的一条断了或光纤耦合器/中继器发不出光信号时，网络通过备用光纤仍能继续构成环形网络而不中断工作，所以这种光纤双环网具有自动容错功能。但是这种光纤耦合器/中继器不能用于总线型协议的计算机网络系统;也不能直接用于采用分组传输(无连续光信号)方式的环形计算机局域网;当两根光纤同时断裂时，网络就不能正常工作，因此容错能力不强;因采用光分支器使得光功率损耗大，传输距离不远，光检测门限动态范围小。美国FiberCom.Inc公司开发的Wispernet采用一个主光纤环及一个备用光纤环将工作站连接成双环网络系统。当光纤继裂时，与断点相邻的两个站都把主次两环连接起来，从而实现容错功能。但是，一个中继器只能连接一个工作站，成本高;由于采用了光纤旁路器并基于电机集电器控制光路改变方向，因而光功率分路损耗大，重新组网的速度慢，可靠性不高。
总之，现有的计算机局域网中使用的中继器的缺点是1、由电中继器组成的电缆计算机网络系统保密性差，抗干扰能力弱，传输距离不远。
2、可以组成光纤网络的光中继器只能挂上一个工作站，成本高，实有性差。
3、容错的方式采用集电器控制光纤分支器，速度慢且可靠性差。
4、采用光纤分支器的光中继器因光功率分路损耗大，传输距离受限，光检测门限动态范围小。
5、已有的光中继器和电中继器只能构成单一结构的网络，而且传输介质也是单一的，因而使用不方便。
本发明的目的是要设计出一种新型的光电中继器，它能连接光纤形成骨干网络并用电缆连接一组工作站或直接连接用户节点，利用一对冗余光纤段使网络形成闭环，通过高速可靠的电子电路控制网络实现自动重组的容错功能，从而克服现有技术产品存在的缺点。
本发明的容错型光电中继器的原理如图1。与已有的中继器相比，在本发明的光电中继器中增加有光路信号中继发送处理与控制器(3)、组网命令发生器(4)，信息流向检测器(5)、组网命令检测器(6)、网络状态检测与报警指示器(7)、电路信号处理与控制器(8)、电缆接口收发器(9)，从而使本发明的光电中继器具有全新的功能。本发明工作原理用图1来说明当工作站(21)发向电缆(20)的信号经电缆接口收发器(9)接收后送电路信号处理与控制器(8)，或工作站发出的信号直接经节点接口(11)送向(8)，在没有光路数据信号输入或无碰撞的前提条件下，经过(8)把电缆上的信号同时送到两边的光路信号中继发送处理与控制器(3)，再经光发射器(1)变成光信号后向两边的光纤(19)上发送出去。另一方面，从(19)上传来的光信号经光接收器(2)变成电信号，经光路信号中继发送处理与控制器(3)中继处理后，一路送电路信号处理与控制器(8)后向电缆或工作站上传送，另一路送对边的光路信号中继发送处理与控制器(3)后向光纤上发送出去。自动组网的工作原理如图2所示由多个光电中继器(18)连接光纤(19)及电缆段(20)构成光纤双环及多个电缆段的混合介质网络系统。建立系统时，设置一个光电中继器中的一个光路信号中继器发送处理与控制器(3)为自动组网主控状态，而其它的(3)均设为自动组网从属状态。主控状态的光电中继器的组网命令发生器(4)发出自动组网命令信号，经过光纤环路传输后由组网命令检测器(6)检测到的信号与原发信号相同，则表明网络环路正常，呈主控状态的(3)中的电子开关置断开状态。此时，网络实际上是一个逻辑上的总线网，网上有一对冗余光纤段使网络构成物理上的环形网。当某一根光路或两根光路同时断开或光电中继器出现故障时，则与之相连的光电中继中的(6)将及时快速地检测到故障信号，并将端机中相关联的(3)中的开关置开路状态，同时将故障信号传送到主控站，主控站接收到故障信号后将(3)中原来置开路的电子开关置闭合状态，并显示报警，这时网络实现了自动重组。由于电子开关和检测控制电路的速度极快且可靠性高，因而重组速度快，功能稳定可靠。
与现有技术相比，本发明光电中继器的优点是第一，本发明光电中继器既能中继两边光纤传来的信号，又能中继电缆传来的信号;既能接一个工作站，又能通过一个电缆段将多至100个工作站接入光纤骨干网络上。这样，既保证了骨干传输线上采用光纤使系统具有抗雷电、抗干扰、保密性好，传输距离远，又保证了通过电缆分支接头方便，大大节约用户成本。第二，新型的光电中继器采用高速可靠的电子控制电路实现网络重组而不采用光纤分支器和机电集电器，因而光功率无分支损耗，传输距离远，可达30公里无中继(将受网络协议限制);接收动态范围大，可大于20分贝;重组速度快，正常组网状态与重组状态之间转换时不丢失数据信息;可靠性好。第三、光电中继器能检测网络上的硬故障(光纤断裂或光电中继器断电、毁坏)及软故障(传输质量恶化，误码率大);构成环形光纤计算机网时能自动重新组网，使网络具有自动容错功能，也能通过人工或程控交换机控制方式重新组网;第四、本发明光电中继器利用一对冗余的光纤段(而不是冗余环)使逻辑上的总线网构成物理上的环形网，实现自动容错。因而当某段(一根或两根)光纤断裂时网络仍能正常运行，容错能力强。必要时，也能构成光纤总线网络系统。第五、本发明光电中继器能用于生产、管理、指挥自动化领域的总线形计算机网络系统，也能应用于环形计算机网络系统中。
附图及
图1本发明光电中继器电路原理2本发明光电中继器的自动容错功能说明3本发明光电中继器外形结构4由本发明光电中继器构成的作战指挥光纤计算机网络系统其中1、为光发射器2、为光接收器3、为光路信号中继发送处理与控制器4、为组网命令发生器5、为信息流向检验器6、为组网命令检测器7、为网络状态检测与报警指示器8、为电路信号处理与控制器9、为电缆收发器10、为电源电路11、为节点接口12、为电缆连接器13、为光纤连接器14、为电源开关15、为功能选择键16、为显示窗17、为机壳18、为本发明自动容错型光电中继器19、为光纤(光缆)20、为电缆21、为工作站(用户)
实施例结合本发明光电中继器电路原理图(图1)和用本发明光电中继器组成的作战指挥光纤计算机网络系统(图4)为例说明如图1所示，本发明所述的自动容错型光电中继器由两套反向传输的光发射器(1)和光接收器(2)、两套光路信号中继发送处理与控制器(3)、两套组网命令发生器(4)、一个信息流向检测器(5)、组网命令检测器(6)、网络状态检测与报警指示器(7)、电路信号处理与控制器(8)、电缆接口收发器(9)、电源电路(10)、节点接口(11)等组成，加上电缆连接器(12)、光纤连接器(13)、电源开关(14)、功能选择键(15)、显示窗(16)和机壳(17)便能构成为一台完整的自动容错型光电中继器(18)。
在实施例中，(11)选用DIX节点接口、(12)选用BNC细电缆连接器、(13)选用FC型光纤连接器，用四对500-1000m的双芯野战光缆段分别连接在四台本发明的光电中继器的FC接口上，形成光纤环形网络系统。在BNC上连接50Ω的300m细同轴基带电缆，在每段细电缆上挂20个(可多至100个)工作站。光电中继器和挂在细电缆上的工作站装在金属方舱内，以便运输和屏蔽，这样便可构成作战指挥自动容错型光纤计算机网络系统，网络周长可达4Km长，这个网络具有自动重组的容错功能。在网络上可运行Novell、DECnet、TCP/IP等网络操作系统。
权利要求
1.自动容错型光电中继器是由光发射器(1)、光接收器(2)、光路信号中继发送处理与控制器(3)、组网命令发生器(4)、信息流向检测器(5)、组网命令检测器(6)、网络状态检测与报警指示器(7)、电路信号处理与控制器(8)、电缆接口收发器(9)、电源电路(10)、节点接口(11)、电缆连接器(12)、光纤连接器(13)、电源开关(14)功能选择键(15)、显示窗(16)、机壳(17)等组成，其特征在于1)在两边的光收发器之间加有光路信号中继发送处理与控制器(3)，使之完成自动组网所需的光路通断和光路信号中继及信号交换功能；2)在光路信号中继发送处理与控制器之间加有组网命令发生器(4)，使之完成在不同组网要求时发不同特征的命令信号；3)在两边的光路信号中继输出端和电路信号处理控制器输出端接有信息流向检测器(5)，它与(3)及(8)结合完成光纤、电缆混合介质上的信号中继和交换功能；4)在两边的光接收器之间加有自动组网命令检测器(6)，通过它使光电中继器接受网络上的组网命令；5)在光电中继器中加有网络状态检测与报警指示器(7)；6)在中继器中加有电路信号处理与控制器(8)，(8)与(5)及(3)结合完成电缆上的信号与光纤上的信号的交换功能。
2.如权力要求1所述的自动容错型光电中继器具有一个电缆接口、一个节点接口和两对光纤接口，从而构成光纤电缆混合介质的自动容错型光纤计算机网络系统。
3.如权利要求1所述的自动容错型光电中继器实现容错的方法是利用一对冗余光纤段使逻辑上的总线网络构成物理上的环形网络，通过高速可靠的电子电路检测网络上的故障并控制光电中继器中的电子开关状态重新组合，避开故障段，实现及时高速的网络重组。
全文摘要
计算机网用自动容错型光电中继器，是用于计算机网络中的设备，用以完成电缆和光纤混合介质上信号的中继及交换并使网络具有自动容错功能。利用一对冗余光纤段将逻辑上的总线网构成物理上的环形网，通过高速可靠的电子电路检测网络上的故障并控制网络自动重新组网，内含二路光纤接口及一路电缆接口、中继交换、自动组网控制等电路。可广泛地应用于生产、管理、指挥自动化领域的总线及环形计算机局域网中。
文档编号H04B10/02GK1095874SQ9311099
公开日1994年11月30日 申请日期1993年5月5日 优先权日1993年5月5日
发明者曾大章, 王思问, 黄晓, 谢家德 申请人:曾大章, 王思问, 黄晓, 谢家德