光纖收發器在網絡通信中的應用
光纖收發器在網絡通信中的應用【1】
摘要：隨著通信技術的應用與普及，人們對網絡通信在傳輸距離和覆蓋范圍方面有了新的要求，光纖收發器是一種用來實現光電信號轉換的設施，它的一端是光纖接口，另一端是以太網接口，從而將短距離的以太網電信號和長距離的光信號進行互換，進而達到延長傳輸信息的目的。
本文介紹了光纖收發器的分類及其在相關方面的應用。
關鍵詞：光纖收發器 網絡通信 應用 發展趨勢
光纖收發器作為光電介質間的數據轉換設備，已成為當今社會通信領域中最重要的技術設備之一，在一些網絡建設規模較大的單位，就要求網絡覆蓋面廣、數據流量大、傳輸帶寬高，在設計網絡時需要以光纖為主要傳輸介質組建骨干網，以解決以太網網線無法覆蓋的實際網絡傳輸問題。
所以光纖收發器以其自身獨特的特點，在網絡通信中得到了廣泛的應用。
1 光纖收發器的基本特點
光纖收發器是一種將短距離的以太網電信號和長距離的光信號進行互換的以太網傳輸媒體轉換設備，也稱光電轉換器，其主要原理是通過光電耦合來實現光信號與電信號的轉換，網絡協議完全透明，具有頻帶寬、損耗低、延時短，工作性能可靠、成本低、維護方便等特點，可以實現0-120KM內網絡設備之間的連接，具備10M/100M/1000M、半雙工/全雙工自適應功能，采用專用ASIC芯片實現數據線速轉發，支持直通連接模式和存儲轉發模式，其中網管型收發器支持WEB、TELNET、CLI等多種管理方式。
光纖收發器的應用，使傳統的網絡傳輸介質從銅線升級到光纖，降低了用戶的投資成本，成為一種廉價的組網方式。
2 光纖收發器的分類及技術應用
2.1 按使用光纖性質劃分，可分為單模光纖收發器和多模光纖收發器。
由于光纖性質決定傳輸距離，單模收發器的覆蓋范圍在20KM-120KM，多模收發器僅在2KM-5KM之間。
但是，不管是單模還是多模光纖，傳輸距離與收發器本身的發射功率、接收靈敏度和采用的波長也有關系。
2.2 按所需光纖數劃分，可分為單纖光纖收發器和雙纖光纖收發器。
光纖收發器采用的波長為1310nm和1550nm，單纖光纖收發器一般提供一個SC型光纖接口，使用波分復用技術，實現數據在一根光纖上的接受和發送;而雙纖收發器分別在兩根光纖上實現數據的接受和發送，因其具有傳輸損耗低，技術比較成熟、穩定的特點，廣泛應用在中小企業光纖傳輸網絡中。
2.3 按傳輸帶寬來劃分，可以分為單獨10M、100M、1000M的光纖收發器和10/100M自適應、10/100/1000M自適應的光纖收發器。
多數單獨10M、100M和1000M的收發器產品工作在物理層，按位來轉發數據，所以具有轉發速度快、時延低等方面的優勢，適合用于速率固定的鏈路上，這樣在兼容性和穩定性方面顯得更加出色。
而10/100M和10/100/1000M自適應光纖收發器的產品主要工作在數據鏈路層，采用存儲轉發方式收發信息。
收發器對接收到的每一個數據包都要讀取它的源MAC地址、目的MAC地址以及數據凈荷，經過CRC循環冗余校驗之后將該數據包轉發出去;當數據鏈路飽和時，暫時無法轉發的數據先放在收發器的緩存中，等待網絡空閑時再轉發，這樣既減少了數據沖突的可能性又保證了數據傳輸的可靠性，所以自適應收發器適合于工作在速率不固定的鏈路上。
2.4 按收發器的結構劃分，可分為獨立式光纖收發器和模塊式光纖收發器。
獨立式的光纖收發器主要用在單個用戶，由于體積小廣泛用在延長網絡傳輸距離的光纖上;模塊式的光纖收發器主要用在多用戶的匯聚、便于實現統一管理和供電的中心機房機架上。
2.5 按收發器的管理功能來劃分，可分為非網管型光纖收發器和可網管型光纖收發器。
非網管型光纖收發器，即插即用，使用靈活、便于調試;可網絡管理型收發器是基于SNMP網絡協議開發的，支持WEB、TELNET、CLI等多種管理方式，可以提高網絡性能、服務質量、安全性能和經濟效益。
網管型收發器又可分為用戶端可網管和局端可網管。
局端可網管的收發器主要是機架式的產品，多采用主從式的管理結構，即一個主網管模塊可串聯N個從網管模塊，每個從網管模塊定期輪詢它所在子架上所有光纖收發器的工作狀態，并向主網管模塊提交。
主網管模塊一方面需要輪詢自己機架上的網管信息，另一方面還需收集所有從子架上的信息，然后匯總并提交各網管服務器處理。
用戶端網管主要分三種：其一是端局的光纖收發器可以檢測到光口上的光功率，根據功率來判斷故障出現在光纖上還是用戶端設備上;其二是在局端和客戶端設備之間運行特定的協議，客戶端向局端發送狀態信息，局端再提交到網管服務器;同時局端設備還可以實現對客戶端設備的遠程管理功能;其三客戶端收發器內置主動式CPU，實現監控用戶端設備的工作狀態和遠程管理。
這三種網管收發器中后邊兩種可以真正做到遠程網管，前一種只是對用戶端的設備進行遠程監控。
2.6 按工作方式來劃分，可以分為全雙工和半雙工光纖收發器。
全雙工方式是指當數據的發送和接收分流，分別由兩根光纖傳送時，通信雙方都能在同一時刻完成發送和接收操作，實現控制數據同時在兩個方向上傳送，這樣無需進行對傳輸方向切換，不會有切換操作所帶來的時間延遲。
半雙工方式是指使用同一根光纖既作接收又作發送，雖然數據可以在兩個方向上傳送，但通信雙方不能同時收發數據，收發器每一端的發送器和接收器是通過收/發開關轉接實現信息的發送和接受，這樣就會產生時間延遲。
3 光纖收發器的組網形式和應用范圍
3.1 環形骨干網。
環形骨干網是利用SPANNING TREE特性構建網絡覆蓋范圍內的骨干，這種結構可以變形為網狀結構，適合于網絡設備密度高的場合，組建有容錯功能的骨干網絡。
這種網可以為企業、政府、教育等行業組建寬帶虛擬專網。
3.2 鏈形骨干網。
鏈形骨干網以鏈形聯接，可以提供圖像、語音、數據及實時監控等綜合傳輸的多媒體網絡，其中單纖多網口的產品更能夠節省大量的骨干光纖數量，適合于不同的中小企事業單位構造高帶寬低價位的骨干網絡。
3.3 用戶接入系統。
用戶接入系統利用10Mbps/100Mbps/1000Mbps自適應及自動轉換功能，可以自由聯接用戶端設備，實現最后一段網絡設備的接通，這種系統適合不同要求的通信帶寬，能夠提高網絡運行效率，且網絡提升級方案簡單、組建網絡投資較少。
3.4 應用范圍。
光纖收發器作為光電介質間的數據轉換設備，打破了以太網電纜的百米局限性，解決了網絡設備之間的互聯，在物理連接組網中實現交換機之間、交換機和計算機之間、計算機之間的互聯，特別在中繼傳輸、光纖模式轉換、光纖資源不足方面得到了廣泛應用。
4 光纖收發器的未來發展趨勢
隨著通信技術的發展，光纖收發器產品也在不斷完善和升級，在組網的實踐過程中，用戶對收發器也提出了更高的要求。
4.1 光纖收發器本身應能更好地適應實際的網絡環境。
在技術上，保證網絡設備的兼容性，符合以太網的標準;在不同場所使用的光纖收發器，其應支持超寬的電源電壓，以適應不穩定的供電狀況;并且能夠適應溫度變化范圍，尤其在高溫環境中散熱效果要好;設備本身免受雷擊和電磁干擾的影響，這就要求在設計產品時要有嚴謹的結構設計、精心挑選元器件，以滿足不同需求。
4.2 光纖收發器產品要智能化。
芯片組要提高性能，實現真正地信息傳輸無阻塞，同時提供平衡流量、隔離沖突、自動檢測差錯，有一定的冗余鏈路，保證業務不中斷。
4.3 收發器可網管化，在網絡管理的運行、管理、維護等方面可以提高網絡的利用率、傳輸速度、安全性能、服務質量以及經濟效益。
在網管控制方面，希望通過網絡管理平臺進行遠程管理，將光纖收發器的信息庫導入到網管服務器的數據庫中，便于統一的管理和監控，所以要求在產品研發中保證網管信息的標準化和兼容性。
4.4 從現代通信技術的發展趨勢來看，光纖通信將成為未來通信發展的主流，隨著計算機網絡速度的不斷提高，相信今后的光纖收發器產品必定會朝著高智能、高穩定性、低延時、可網管、低成本的方向繼續發展。
變電站通信新型光纖收發器的應用【2】
【摘要】 在電力變電站的通信中，大量的光纖收發器不利于統一管理和配置，且在雷雨天氣容易遭雷擊。
因此，非常有必要對現有機房中的光纖收發器進行整合，并開發集電源防雷和信號防雷功能的新型光纖收發器。
本文對次進行了研究和開發，并完成了該收發器在變電站的應用。
【關鍵詞】 變電站 光纖收發 防雷
隨著通信網對傳輸容量不斷增長的需求以及網絡交互性、靈活性的要求，波分復用技術越來越多的得到使用。
在國網巴中供電公司大多變電站通信信號光電轉換過程中，采用了大量的光纖收發器，多個設備雜亂陳列，不利于通信配置，每次添加新的設備都需要梳理，即浪費大量人力和時間，也帶來操作故障隱患。
當遇到惡劣雷雨天氣，還容易導致雷擊破壞。
一、項目需求
該項目的實施主要滿足以下功能：1)根據現有光纖接入的實際情況，建立與之匹配的波分復用模型，明確各項關鍵參數，使波分復用接收端能安全穩定的接入光纖。
2)開發一種光纖收發裝置，該裝置內集成上述波分復用設備，并能接收波分復用設備分流之光信號，并轉換成電信號，支持8口甚至更多電口輸出。
3)開發具有防雷配置收發器，該裝置應集成電源防雷模塊和信號防雷模塊。
二、技術原理及解決思路
波分復用技術是充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源，根據每一信道光波的頻率(或波長)不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發送端采用波分復用器(合波器)將不同規定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。
在接收端，再由一波分復用器(分波器)將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復用方式。
三、 研究難點
以WDM技術為基礎的具有分插復用和交叉連接功能的光傳輸網具有易于重構、良好的擴展性等優勢，已成為未來高速傳輸網的發展方向，很好的解決下列技術問題有利于其實用化。
WDM是一項新的技術，其行業標準制定較粗，因此不同商家的WDM產品互通性極差，特別是在上層的網絡管理方面。
因此，需保證WDM系統間的互操作性以及WDM系統與傳統系統間互連、互通，因此應加強光接口設備的研究。
本項目中，需要將多個光纖收發器進行集成，并設計出具備電源防雷和信號防雷功能的，具有燈信號指示的光纖收發裝置，目前國內對具備這些功能的光纖收發裝置參考資料較少。
四、功能設計
1、光纖收發設計 。
在設計時，采用單纖設備可以節省一半的光纖，即在一根光纖上實現數據的接收和發送，在光纖資源緊張的地方十分適用。
采用了波分復用的技術，使用的波長為1200-1700nm之間。
采用機架式(模塊化)光纖收發裝置，可以適用于多光纖收發器的集成，適用于國網巴中供電公司變電站機房等環境下的多臺光纖收發器的集中管理和供電，采用2U的機架設計，配備16口電口輸出，支持最多16個模塊式光纖收發器的集成。
2、防雷設計。
光纖轉換裝置通過RJ45接口接受來自局域網交換機或者集線器傳播的電信號MLT3碼，經過磁模塊(16ST8515)去除電磁干擾及信號放大處理后由AL210光電轉換芯片將MLT3電信號轉換成4B5B電信號，然后光收發一體化模塊HFBR-5105將該信號轉換成同種碼制的光纖信號，發送到遠處另一光纖收發器或光交接箱。
壓敏電阻RV1與陶瓷氣體放電管串聯后接地，RV1與陶瓷氣體放電管串聯主要是泄放L線上感應雷擊浪涌電流，壓敏電阻RV1、壓敏電阻RV2短路失效后，陶瓷氣體放電管可將其與電源電路分離，不會導致失火現象。
RV2前端線路上串聯了一個線繞電阻R，當此RV1短路失效時，線繞電阻R可起到保險絲的作用，將短路電路斷開，壓敏電阻屬電壓鉗位型保護器件，其鉗位電壓點即壓敏電阻參數選擇相對比較重要。
五、總結
新型光纖收發裝置的研究是在滿足巴中供電公司光纖網絡的使用現狀，能幫助提高巴中公司解決光纖網絡傳輸穩定性和安全性，并集成多口的輸出，使網絡更穩定和可靠。
新型裝置具備可操作性和能提高和降低操作故障以及提升設備防雷效率的目的，極大的提升了變電站的通信維護質量，降低運營成本。
可以預期，隨著智能電網的快速發展，本項目研究成果將具有非常廣闊的推廣應用前景。
參 考 文 獻
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談內容過濾系統在網絡通信中的作用【3】
摘 要:在網絡通信內容中的垃圾信息和干擾性對網絡通信有著很多不可忽視的影響，在網絡應用層工作且對網絡流量中各種協議進行規則匹配以及重組的安全技術叫做內容過濾。
可廣泛應用于對網絡通信中的垃圾信息和干擾性信息的阻斷或限制。
以內容過濾為基本手段，通過對網絡的隨機性訪問內容的大數據量抽樣和過濾逮結果的定量統計，得出了內容過濾系統對網絡通信效率的正面影響程度，并分別從網絡通信的速度、流量等方面記述了內容過濾系統在網絡通信中的作用。
關鍵詞:網絡通信內容;干擾性;影響;過濾
在普及互聯網的過程中，無論從法律上還是從技術上對網絡內容的監管都存在非常大的管理空白，這樣缺少監管的結果，導致垃圾性的信息和大量干擾性在網絡上傳播，比如像飄浮對象、Flash、彈出窗口等形式的頁面Web廣告，后臺自動下載的惡意程序和病毒等有害的腳本嵌入在Web的頁面中(流氓軟件)，以及各種病毒郵件與垃圾郵件等。
這些干擾性的垃圾信息不但給網絡通信的質量帶來明顯的負面影響，同時給上網的人們也造成了不良上網體驗。
當這些負面影響大到一定程度后，既導致網絡資源投入的極大浪費，同時影響到網絡的通信效率。
通過對網絡內容的過濾系統能夠有效地過濾上文述的干擾性垃圾信息，從而降低網絡流量的需求，使網絡運行速度大幅度的提升，同時由于有害代碼和針對病毒的過濾也在內容過濾的范疇之內，因此內容過濾還能夠在一定程度上增強網絡的安全性。
研究和分析內容過濾對網絡通信效率各方面的綜合影響，對促進生產效率的提高、改善網絡用戶的上網體驗、提高網絡運行效率、部署網絡安全、指導網絡建設等，都有著非常重要的意義。
一、搭建數據采集平臺。
數據采集平臺的搭建需要對特定的對象進行考察，采集網絡中一定時間段與一定數量以及多種協議和應用中的垃圾性和干擾性數據，才能對網絡通信中干擾性信息對其負面影響結果進行分析統計。
網絡環境的選擇:為了確保真實性的采集環境，以達到能夠真實性的反映網絡垃圾信息和干擾性信息對網絡通信的實際影響，例：選擇一個用戶無明顯應用行業特征、數量大概為400臺機器的小區網絡環境。
1采集數據方法:使用網關(某型綜合內容過濾)，該網關對各種級別的規則設置都能支持，同時記錄與生成非常詳細的過程。
將網關設備設置成透明模式后接入到采集數據的小區網絡的交換機上，用戶桌面、交換機均都不能進行任何的額外設置。
以這樣的方式接入能夠確保所有發送、接收網站的網絡流量均為100%從網關經過內容過濾系統處理，從而不會出現其他干擾或者旁路。
2采集數據時間:為保證網絡協議類型量和訪問數有足夠多的類型與數量，從而達到需要滿足分析統計的準確度，將采集數據總體時間確定為一個月，當中，第一周的前3天(約半周)不額外的設置過波規則，而只使設備停留在最原始保守狀態，來觀察在未采取過濾手段情況下的響應規則頻度，第四天到第二周結束的這段時間內啟用最嚴格的過濾規則，以便考察峰值響應信息的規則，第三周和第四周則啟用比較折衷的過濾規則，用二周的連續時間來考察過波規則響應的均勻度。
二、抽樣統計web瀏覽時間
對用戶端上網效果的考察。
在單位時段相同之內，通過瀏覽器用戶在訪問若干相同網頁并計時，以從槍入地址后回車到頁面狀態欄顯示“完成”為打開時間，均以相同方法對每個考察對象在瀏覽器緩存清空的情況下訪問5次，取其平均值通過取值曲線可以非常明顯的看出，內容過濾是否已進行，對于打開網站的速度的影響極為明顯，內容過濾啟動時，打開時間平均為2.944，而內容過濾不啟用時，打開時間平均為4.455，兩者相差1.516。
這就說明，內容過濾啟用后，打開瀏覽網頁的時間比內容過濾不啟用節省113的時間，這樣的效率節約已經非常可觀。
如果內容過濾設備按照記錄的HTTP總體掃描請求次數2976583次計算，每次可節省1，5s，則再一個月內該小區的所有用戶可以減少的等待時間總計為1240h當然這樣得出的只是理論值，實際還要結合特殊情況。
1內容過濾延遲
內容過濾系統自身對網絡的通信肯也定存在一定的負面作用，典型的由于應用層過濾的需要，內容過濾系統需要將收到的數據包進行重組后再進行規則匹配，然后再返回某種結果給用戶。
獨立系統的延遲相對容易考察，但針對一定規模的園區網絡環境下內容過濾系統對網絡的延遲影響是不太容易考察的。
不過，綜合前面幾類數據，可以分析得出內容過濾系統對網絡通信延遲的影響情況。
2對于POP3或者SMP應用，由于電子郵件本身并不強調很高的實時性，因此收發電子郵件時內容過漣系統對其進行幾秒甚至幾十秒鐘的掃描，是不會讓郵件收發雙方感覺到時間的延遲的。
3對于HTTP類型的應用，比如Web瀏覽等，由于不管是否啟用內容過濾系統到測試中，一個典型門戶網站首頁的打開也在數秒鐘內浮動變化，而且啟用內容過波后，打開網頁的速度節省明顯達1/3的時間。
這說明低數據量、高頻度的HTTP應用中，內容過濾系統導致的延遲能夠被因過濾干擾性垃圾信息后節省的時間所抵消，并且進行內容過濾后節省的時間要大于延遲的時間。
結語
綜上文所述，通過對一個小區的典型網絡通信效率與網絡內容過濾的關系來考察分析，得出了當前的網絡環境中影響網絡安全與通信效率的主要因素是來源于HTTP類型的主流應用，內容過濾在應用層中是起著提高網絡通信效率、解決這些負面因素影響的作用，實際應用中的內容過濾，過濾規則的制定直接影響著過濾的效果。
研究的結果充分證明了在網絡的運行保障以及安全的相關部署中，應用層的控制管理是不能忽視的，內容過濾設備的正確合理部署能夠明顯提升網絡利用率、改善網絡用戶的使用體驗、增強其安全性。
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