作者：何如龍，吳學智，戚玉華

近年來，隨著Internet及信息技術的飛速發展，人們對通信容量、傳輸速率提出了越來越高的要求，現在以電為基本傳輸媒質的物理層，在信息高速接入時受到電子器件的限制，產生了所謂的“瓶頸效應”，同時隨著網絡不斷延伸，在特殊場所對網絡的抗電磁干擾、抗輻射、安全保密性能也提出了更高要求，這些使得主要采用雙絞線接入的現有網絡在多方面已不能適應用戶需求，為解決這一問題，人們提出了采用光纖連接的“全光網絡”，對石英光纖來說，傳輸帶寬和電磁兼容性完全能滿足使用需要，且網絡技術成熟，但在短距離的局域網（LAN）接入中，石英光纖存在器件成本高、熔接困難、柔韌性差、布線不方便等缺點。 所以在100米范圍內傳輸帶寬可達數GHz、價格便宜、耐震動、抗輻射、直徑較大易連接、柔韌性好的有機物光纖就成為短距離信息高速接入的理想媒介。基于有機物光纖的全光交換系統的實現，將很好地解決布線復雜、電磁環境惡劣等特殊環境下短距離寬帶光接入問題，在艦船內部通信、工業控制網等方面具有廣泛的應用前景。

有機物光纖的特點

有機物光纖是采用高分子有機物聚合而成的一種新型光纖光纜材料，它具有傳輸帶寬高（1“3Gb/s），能與石英光纖帶寬（2.5”1000Gb/s）相匹配，滿足接入網高速低耗的技術要求，而且保密性好，抗干擾能力強，防雷擊，重量輕，韌性好，施工簡便，模量低，芯徑大（0.3“1.0mm），接續容易（可使用簡單的有機物光纖連接器，即使是光纖接續中心對準產生30 m的偏差也不會影響耦合損耗），光源便宜（650nm激光光源約1”2元/個），綜合成本低等特點，可以廣泛應用于信息通信網絡，數據通信網絡，國防和國家安全網絡，軍事通信網絡，辦公、小區局域網，機、車載通信網絡，工業控制網絡等領域，是短距離寬帶，多接點通信網絡理想傳輸介質。

系統功能結構

系統按功能結構可分為4大部分，如圖1所示。

交換控制部分完成網絡交換、管理控制功能，實現網絡信息的快速交換，這部分也是設計的重點難點。

網絡接口部分主要是同時提供一個（或兩個）石英光纖上行接口和多個（8、16、或24等）650nm有機物光纖下行接口，通過上行接口與外部網絡相連，用戶通過下行光接口接入系統。

中繼轉換部分主要是光纖中繼放大器、波長轉換器、光電轉換器。光纖中繼放大器用來完成光纖信號中繼接收放大轉發功能，實現較遠距離的信息傳輸；波長轉換器完成石英光纖和有機物光纖上傳輸的不同波長之間的轉換；光電轉換器完成的電信號與可在650nm光纖上傳輸的光信號之間的轉換。 用戶終端部分主要是終端光網卡終端接入設備，為計算機等終端設備提供網絡接入接口。

網絡實現方案

在該方案中，網絡的主干部分——工作組交換機之間采用石英光纖連接，以保證傳輸距離和帶寬，工作組與用戶之間，采用有機物光纖連接，實現整個局域網內全部采用光來傳遞信息。網絡結構如圖2所示。系統由中心路由交換機、網絡服務器、有機物光纖交換機、波長轉換器、650nm光纖中繼器、650nm光電轉換器、適用于計算機等終端設備的650nm光網卡組成。并在網絡服務器上采用千兆有機物光纖網卡，與中心交換機的千兆口相連，使服務器的訪問速度達到千兆。

有機物光纖交換機

此交換機為工作組級的交換設備。可以提供多個以太網絡光纖端口。可在工作組之間或工作組內部提供高帶寬、高性能的光纖連接，讓用戶能快速存取整個網絡資源。解決計算機與工作組交換機之間網絡帶寬的瓶頸。交換機同時提供一個（或兩個）1550nm、1310nm或850nm石英光纖（這里用的是1310nm）上行接口和多個（8、16、或24等）650nm有機物光纖下行接口（用作計算機等終端設備接入網絡），很多廠商均能提供這種技術成熟的光纖收發器，交換機的設計完全符合常規以太網交換機的技術指標。

波長轉換器

它是一個波長轉換設備，提供一個650nm光纖端口及一個自適應石英光纖連接端口。用于石英光纖上傳輸的光源（1550nm、1310nm或850nm）和650nm光源之間的轉換。

中繼器

650nm中繼器完成信號接收再放大傳輸的功能，增加信息傳輸的距離，由于技術和工藝上的原因，現在生產的650nm有機物光纖的衰耗比較大，還不能滿足較遠距離的信息傳輸（一般100m以內不需要中繼設備）。

光網卡

具有以太網有機物光纖接口的計算機PCI網卡，采用標準SC接口，符合IEEE802.3標準，支持即插即用，全雙工1000Mbps傳輸速率。

光電轉換器

650nm光電轉換器是以太網光纖接口至RJ45接口的轉換器。它提供一個650nm光纖端口以及一個RJ45連接口的雙絞線端口。它將以太網網絡的電信號轉換為可在650nm光纖上傳輸的光信號；反之亦然，650nm光電轉換器也可作為一個獨立設備為無光纖接口的以太網絡設備提供接口轉換。

性能分析

傳輸速率及帶寬

該方案采用光纖交換機和光網卡，避免了多次電/光、光/電轉換，保證了網絡信息傳輸的高速率和高帶寬，網絡設備均采用千兆以太網設備，傳輸速率最高可達1000Mbps，特別是采用了低損耗、高帶寬的有機物光纖連接各終端設備，大大提高了終端設備的網絡訪問速率，“最后一公里”問題在這里也可以得到解決。

經濟性

有機物光纖由高分子有機物聚合而成，生產成本較低，現在國內對這種光纖材料的研究已經有了重大突破，價格已基本與石英光纖持平，隨著材料技術的提高和規模生產，相信在不久的將來它的價格可能會比雙絞線還便宜。雖然現在有機物光纖網絡設備的價格較高，但隨著它的大量應用和規模生產，還有很大的降價空間。

安全性、保密性

該方案全部采用光傳輸媒質，具有很強的抗電磁干擾能力，即使在最惡劣的電磁環境下也能正常工作，不會像五類雙絞線一樣，一旦遭到強電磁干擾，就無法工作。同時，電傳輸時會產生電磁輻射，可能會導致泄密，而該方案線路上傳輸的全是光波，不會產生電磁輻射，網絡具有很好的安全性和保密性。這在軍事通信上具有極高的價值。

網絡的開放性和升級能力

網絡采用標準的千兆以太網協議，其協議和設備均符合國際標準，確保了網絡的先進性和開放性，同時也使得網絡具有良好的擴充和升級能力，采用星型拓撲結構和結構化布線，可以方便地通過交換機級聯、堆疊等方式增加網絡工作站。

應用前景

有機物光纖作為短距離高速接入網絡的理想傳輸介質，在未來家庭智能化、辦公自動化、工控網絡化、車載機載通信網、軍事通信網的數據傳輸中將具有廣泛的應用前景。該方案利用有機物光纖很好地解決了短距離寬帶光接入問題，特別是電磁環境惡劣等特殊環境下的寬帶接入。該方案在安全性、保密性上的優勢，使得其在軍事通信領域將具有廣泛的應用前景。

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