光纖收發(fā)器的原理與作用

光纖收發(fā)器是一種將短距離的雙絞線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)換單元，在很多地方也被稱之為光電轉(zhuǎn)換器。企業(yè)在進(jìn)行信息化基礎(chǔ)建設(shè)時，通常更多地關(guān)注路由器、交換機(jī)乃至網(wǎng)卡等用于節(jié)點數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，卻往往忽略介質(zhì)轉(zhuǎn)換這種非網(wǎng)絡(luò)核心但必不可少的設(shè)備。特別是在一些要求信息化程度高、數(shù)據(jù)流量較大的政府機(jī)構(gòu)和企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時需要直接上連到以光纖為傳輸介質(zhì)的骨干網(wǎng)，而企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)一般為銅線，確保數(shù)據(jù)包在不同網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸?shù)慕橘|(zhì)轉(zhuǎn)換設(shè)備成為必需品。

目前國外和國內(nèi)生產(chǎn)光纖收發(fā)器的廠商很多，產(chǎn)品線也極為豐富。為了保證與其他廠家的網(wǎng)卡、中繼器、集線器和交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的完全兼容，光纖收發(fā)器產(chǎn)品必須嚴(yán)格符合IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，除此之外，在EMC防電磁輻射方面應(yīng)符合FCC 及CE的相關(guān)規(guī)定，如烽火網(wǎng)絡(luò)公司的光纖收發(fā)器已經(jīng)通過FCC及CE認(rèn)證。時下由于國內(nèi)各大運(yùn)營商正在大力建設(shè)小區(qū)網(wǎng)、校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)，因此光纖收發(fā)器產(chǎn)品的用量也在不斷提高，以更好地滿足接入網(wǎng)的建設(shè)需要。隨著信息化建設(shè)的突飛猛進(jìn)，人們對于數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體通信的需求日益旺盛，以太網(wǎng)寬帶接入方式因此被提到了越來越重要的位置。但是傳統(tǒng)的5類線電纜只能將以太網(wǎng)電信號傳輸100米，在傳輸距離和覆蓋范圍方面已不能適應(yīng)實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要。與此同時，光纖通信以其信息容量大、保密性好、重量輕、體積小、無中繼、傳輸距離長等優(yōu)點在廣域網(wǎng)等大型網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。在一些規(guī)模較大的企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時直接使用光纖為傳輸介質(zhì)建立骨干網(wǎng)，而內(nèi)部局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)一般為銅線，如何實現(xiàn)局域網(wǎng)同光纖主干網(wǎng)相連呢？這就需要在不同端口、不同線形、不同光纖間進(jìn)行轉(zhuǎn)換并保證鏈接質(zhì)量。光纖收發(fā)器的出現(xiàn)，將雙絞線電信號和光信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，確保了數(shù)據(jù)包在兩個網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸。同時它將網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離極限從銅線的100米擴(kuò)展到100多公里（單模光纖）。
 

光纖收發(fā)器的結(jié)構(gòu)


光纖收發(fā)器包括三個基本功能模塊：光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片、光信號接口(光收發(fā)一體模塊)和電信號接口(RJ45)，如果配備網(wǎng)管功能則還包括網(wǎng)管信息處理單元。

光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片的主要性能指標(biāo)有：


1． 網(wǎng)管功能


網(wǎng)絡(luò)管理是網(wǎng)絡(luò)可靠性的保證，是提高網(wǎng)絡(luò)效益的方式，網(wǎng)絡(luò)管理的運(yùn)行、管理、維護(hù)等功能可以大大增加網(wǎng)絡(luò)的可用時間，提高網(wǎng)絡(luò)的利用率、網(wǎng)絡(luò)性能、服務(wù)質(zhì)量、安全性和經(jīng)濟(jì)效益。但研制有網(wǎng)管功能的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器所需的人力、物力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無網(wǎng)管的同類產(chǎn)品，主要表現(xiàn)在：


(1) 硬件投資。以太網(wǎng)光纖收發(fā)器網(wǎng)管功能的實現(xiàn)需要在收發(fā)器電路板上配置網(wǎng)管信息處理單元來處理網(wǎng)管信息，該單元利用介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片的管理接口獲取管理信息。管理信息與網(wǎng)路上的普通數(shù)據(jù)共用數(shù)據(jù)通道。帶網(wǎng)管功能的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，元器件種類及數(shù)量多于無網(wǎng)管的同類產(chǎn)品，相應(yīng)地，布線復(fù)雜，開發(fā)周期長。烽火網(wǎng)絡(luò)公司長期致力于光纖收發(fā)器產(chǎn)品的開發(fā)，為了優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計，使產(chǎn)品更加穩(wěn)定，增強(qiáng)產(chǎn)品功能，自主開發(fā)了光纖收發(fā)器介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片，使產(chǎn)品的集成度更高，有效地減少了因多種芯片之間協(xié)同工作所造成的不穩(wěn)定因素。新開發(fā)的芯片具有光纖線路質(zhì)量在線測試、故障定位、ACL等很多實用性很強(qiáng)的功能，既能有效的保護(hù)用戶投資，又能將極大地減少用戶的維護(hù)成本。


(2) 軟件投資。有網(wǎng)管功能以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的研發(fā)工作除了硬件布線外，軟件編程更為重要。網(wǎng)管軟件的開發(fā)工作量較大，包括圖形化用戶接口部分、網(wǎng)管模塊嵌入式系統(tǒng)部分、收發(fā)器電路板上網(wǎng)管信息處理單元部分。其中網(wǎng)管模塊嵌入式系統(tǒng)尤為復(fù)雜，研發(fā)門檻較高，需要使用嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWorks，linux等。需要完成SNMP代理，telnet、web等復(fù)雜軟件工作。


(3) 調(diào)試工作。有網(wǎng)管功能以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的調(diào)試工作包括兩部分：軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。在調(diào)試過程中，電路板布線、元器件性能、元器件焊接、PCB板質(zhì)量、環(huán)境條件以及軟件編程中的任一因素都會影響以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的性能。調(diào)試人員必須具備綜合素質(zhì)，全面考慮收發(fā)器出現(xiàn)故障的各種因素。


(4) 人員的投入。普通以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的設(shè)計只需一個硬件工程師便可完成。有網(wǎng)管功能的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的設(shè)計工作除了需要硬件工程師完成電路板布線外，還需要眾多軟件工程師完成網(wǎng)絡(luò)管理的編程，而且要求軟硬件設(shè)計者密切配合。
 

2． 兼容性


OEMC應(yīng)支持IEEE802、CISCO ISL等常用網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，以保證以太網(wǎng)光纖收發(fā)器有良好的兼容性。
 

3． 環(huán)境要求


a. 輸入輸出電壓。OEMC的工作電壓多為5伏或3.3伏，但以太網(wǎng)光纖收發(fā)器上另一個重要的器件——光收發(fā)一體模塊的工作電壓絕大多數(shù)為5伏。若兩者工作電壓不一致，則會增加PCB板布線的復(fù)雜程度。


b. 工作溫度。在選擇OEMC的工作溫度時，開發(fā)人員需從最不利的條件出發(fā)并留有余地，比如夏天最高氣溫達(dá)40℃，而以太網(wǎng)光纖收發(fā)器機(jī)箱內(nèi)部因為各種元器件尤其是OEMC發(fā)熱。因此，以太網(wǎng)光纖收發(fā)器工作溫度的上限指標(biāo)一般不應(yīng)低于50℃。


(1) 硬件投資。以太網(wǎng)光纖收發(fā)器網(wǎng)管功能的實現(xiàn)需要在收發(fā)器電路板上配置網(wǎng)管信息處理單元來處理網(wǎng)管信息，該單元利用介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片的管理接口獲取管理信息。管理信息與網(wǎng)路上的普通數(shù)據(jù)共用數(shù)據(jù)通道。帶網(wǎng)管功能的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，元器件種類及數(shù)量多于無網(wǎng)管的同類產(chǎn)品，相應(yīng)地，布線復(fù)雜，開發(fā)周期長。烽火網(wǎng)絡(luò)公司長期致力于光纖收發(fā)器產(chǎn)品的開發(fā)，為了優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計，使產(chǎn)品更加穩(wěn)定，增強(qiáng)產(chǎn)品功能，自主開發(fā)了光纖收發(fā)器介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片，使產(chǎn)品的集成度更高，有效地減少了因多種芯片之間協(xié)同工作所造成的不穩(wěn)定因素。新開發(fā)的芯片具有光纖線路質(zhì)量在線測試、故障定位、ACL等很多實用性很強(qiáng)的功能，既能有效的保護(hù)用戶投資，又能將極大地減少用戶的維護(hù)成本。


(2) 軟件投資。有網(wǎng)管功能以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的研發(fā)工作除了硬件布線外，軟件編程更為重要。網(wǎng)管軟件的開發(fā)工作量較大，包括圖形化用戶接口部分、網(wǎng)管模塊嵌入式系統(tǒng)部分、收發(fā)器電路板上網(wǎng)管信息處理單元部分。其中網(wǎng)管模塊嵌入式系統(tǒng)尤為復(fù)雜，研發(fā)門檻較高，需要使用嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWorks，linux等。需要完成SNMP代理，telnet、web等復(fù)雜軟件工作。


(3) 調(diào)試工作。有網(wǎng)管功能以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的調(diào)試工作包括兩部分：軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。在調(diào)試過程中，電路板布線、元器件性能、元器件焊接、PCB板質(zhì)量、環(huán)境條件以及軟件編程中的任一因素都會影響以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的性能。調(diào)試人員必須具備綜合素質(zhì)，全面考慮收發(fā)器出現(xiàn)故障的各種因素。


(4) 人員的投入。普通以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的設(shè)計只需一個硬件工程師便可完成。有網(wǎng)管功能的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的設(shè)計工作除了需要硬件工程師完成電路板布線外，還需要眾多軟件工程師完成網(wǎng)絡(luò)管理的編程，而且要求軟硬件設(shè)計者密切配合。
 

按速率來分可以分為單10M、100M、1000M的光纖收發(fā)器、10/100M自適應(yīng)、10/100/1000M自適應(yīng)的光纖收發(fā)器。其中多數(shù)單10M、100M和1000M的收發(fā)器產(chǎn)品工作在物理層，在這一層工作的收發(fā)器產(chǎn)品是按位來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。


該轉(zhuǎn)發(fā)方式具有轉(zhuǎn)發(fā)速度快、時延低等方面的優(yōu)勢，適合應(yīng)用于速率固定的鏈路上。而10/100M、10/100/1000M光纖收發(fā)器是工作在數(shù)據(jù)鏈路層，使用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制，這樣轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制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地址和數(shù)據(jù)凈荷，并在完成CRC循環(huán)冗余校驗以后才將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去。


存儲轉(zhuǎn)發(fā)的好處一來可以防止一些錯誤的幀在網(wǎng)絡(luò)中傳播，占用寶貴的網(wǎng)絡(luò)資源，同時還可以很好地防止由于網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的數(shù)據(jù)包丟失，當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路飽和時存儲轉(zhuǎn)發(fā)可以將無法轉(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)空閑時再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這樣既減少了數(shù)據(jù)沖突的可能又保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，因?0/100M、10/100/1000M的光纖收發(fā)器適合于工作在速率不固定的鏈路上。
 

光纖收發(fā)器的發(fā)展


隨著對網(wǎng)絡(luò)容量的需求急劇增大，運(yùn)營商對對網(wǎng)絡(luò)管理的需求不斷增加，以太網(wǎng)傳輸速度的不斷升級，光收發(fā)器種類和復(fù)雜程度都在以驚人的速度發(fā)展。