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)在進行信息化基礎建設時，通常更多地關注路由器、交換機乃至網(wǎng)卡等用于節(jié)點數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡設備，卻往往忽略介質(zhì)轉(zhuǎn)換這種非網(wǎng)絡核心但必不可少的設備。特別是在一些要求信息化程度高、數(shù)據(jù)流量較大的政府機構和企業(yè)，網(wǎng)絡建設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)絡間順暢傳輸?shù)慕橘|(zhì)轉(zhuǎn)換設備成為必需品。

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、集線器和交換機等網(wǎng)絡設備的完全兼容，光纖收發(fā)器產(chǎn)品必須嚴格符合IEEE802.3以太網(wǎng)標準，除此之外，在EMC防電磁輻射方面應符合FCC 及CE的相關規(guī)定，如烽火網(wǎng)絡公司的光纖收發(fā)器已經(jīng)通過FCC及CE認證。時下由于國內(nèi)各大運營商正在大力建設小區(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)的建設需要。隨著信息化建設的突飛猛進，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實際網(wǎng)絡環(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)絡中得到了廣泛的應用。在一些規(guī)模較大的企業(yè)，網(wǎng)絡建設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行相互轉(zhuǎn)換，確保了數(shù)據(jù)包在兩個網(wǎng)絡間順暢傳輸。同時它將網(wǎng)絡的傳輸距離極限從銅線的100米擴展到100多公里（單模光纖）。
 

光纖收發(fā)器的結構


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有：


1． 網(wǎng)管功能


網(wǎng)絡管理是網(wǎng)絡可靠性的保證，是提高網(wǎng)絡效益的方式，網(wǎng)絡管理的運行、管理、維護等功能可以大大增加網(wǎng)絡的可用時間，提高網(wǎng)絡的利用率、網(wǎng)絡性能、服務質(zhì)量、安全性和經(jīng)濟效益。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、物力遠遠超過無網(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，相應地，布線復雜，開發(fā)周期長。烽火網(wǎng)絡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)品的設計，使產(chǎn)品更加穩(wěn)定，增強產(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等很多實用性很強的功能，既能有效的保護用戶投資，又能將極大地減少用戶的維護成本。


(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)絡管理的編程，而且要求軟硬件設計者密切配合。
 

2． 兼容性


OEMC應支持IEEE802、CISCO ISL等常用網(wǎng)絡通信標準，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40℃，而以太網(wǎng)光纖收發(fā)器機箱內(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一般不應低于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，相應地，布線復雜，開發(fā)周期長。烽火網(wǎng)絡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)品的設計，使產(chǎn)品更加穩(wěn)定，增強產(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等很多實用性很強的功能，既能有效的保護用戶投資，又能將極大地減少用戶的維護成本。


(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)絡管理的編程，而且要求軟硬件設計者密切配合。
 

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、10/100/1000M自適應的光纖收發(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)的機制，這樣轉(zhuǎn)發(fā)機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)絡中傳播，占用寶貴的網(wǎng)絡資源，同時還可以很好地防止由于網(wǎng)絡擁塞造成的數(shù)據(jù)包丟失，當數(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)絡空閑時再進行轉(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)絡容量的需求急劇增大，運營商對對網(wǎng)絡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)器種類和復雜程度都在以驚人的速度發(fā)展。