一种双向光纤通信的总线型组网系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双向光纤通信的总线型组网系统，总线系统包括基于电的仲裁系统及基于光纤的数据传输系统；基于电的仲裁系统通过仲裁控制模块在仲裁总线上仲裁出下一个时间片各个节点设备在光纤数据总线中发送数据的顺序，基于光纤的传输系统通过数据传输模块根据上述仲裁结果依序将节点设备的缓存及控制模块中待发数据转化为光信号在光纤数据总线上进行数据传输。本发明专利技术通过将基于电的仲裁总线从光纤数据传输总线分开，利用基于电的仲裁系统规定各节点设备下一时间片在光纤数据总线上发送数据的先后顺序，在不降低数据传输的效率上解决了光纤总线中的多点通信共享介质冲突问题；同时进一步对时间片进行时隙的划分，区分快仲裁总线及慢仲裁总线均可以提高总线的仲裁效率，提高总线的数据传输速率。

【技术实现步骤摘要】
一种双向光纤通信的总线型组网系统
本专利技术涉及光纤网络通信领域，具体地说，一种双向光纤通信的总线型组网系统。
技术介绍
光纤通信是现代通信网的主要传输手段，在现代通信中起到非常重要的作用。目前光纤通信网络中最常见的通信方式是点对点通信。该组网方式比较简单并且通信端点之间不存在访问介质共享和冲突的问题。众所周知，网络通信的基本拓扑结构，除了最基本的点对点直接连接外，包括了：星形、环形和总线型三种，它们的进一步组合后还可以构成树形、双环形和网格形等复合拓扑结构。在不同的应用场合下，需要选择不同的组网拓扑结构。目前在光纤组网拓扑结构中，可以采用耦合器件将多条光纤传输介质连接在一起，并使这些光纤传输介质中的光信号可以互通形成总线结构，光分路器可以将多条光纤传输介质中光信号汇集在一个光口进行数据通信形成星形结构。由耦合器件形成的总线包含U型总线、S型总线，但上述两种结构的总线均需要在总线两端进行额外处理，或者将光路环回或者将光功率完全吸收，如果总线较长，就很难进行故障检测，总线拓展也很困难。而由双向T型光耦合器解决了光功率可以在光缆媒介中进行传输的问题，因此可用多个双向T型光耦合器串接构成的光纤总线结构，由于挂接在无源光纤传输总线上的每个节点都可以随时发送光信号，因此存在多个通信节点共享介质冲突的问题。目前主流的避免冲突的方法有：以太网的载波监听多路复用/冲突检测协议、以及各种复用技术。其中，以太网的载波监听多路复用/冲突检测协议，当总线长度很长，且需要发送的数据较短时，由于时延原因导致总线的利用率非常低，大部分时间都是在进行冲突检测或者等待应答。复用技术包括：时分复用无源光网络和频分复用网络。时分复用光网络为了防止上行用户光网络终端的冲突，需要将不同的时隙分配给不同的用户网络终端设备，如授权公告号为CN103563303B，授权公告日为2017年04月26日，专利名称为《光网络单元的静默方法和装置》的中国专利技术型专利所披露的，首先，在维护管理信息中植入静默标识发送给光网络单元；其次，光网络单元根据静默标识执行对应的静默动作。上述过程有效避免了多个网络终端设备同时上线产生冲突的问题，同时将不同的时隙分配给不同的用户网络终端设备；上述过程通过网络管理单元进行时隙分配，但是存在实时性不高的问题。频分复用技术：传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号，频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)；波分复用技术：本质上是光频上的频分复用FDM技术，每个波长通路通过频域的分割实现。上述频分复用技术和波分复用技术本质是还是将待发数据汇总进行发射，实质上还是为了保障光纤通信中的点对点通信，并不合适光纤总线通信中的多点通信。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种解决光纤传输中多点通信的光漏斗效应和共享介质访问冲突问题，用简单低成本的方法、实现光纤数据总线的高可靠性光无源直连传输。本专利技术公开的一种双向光纤通信的总线型组网系统所采用的技术方案是:将共享光传输介质的冲突问题剥离光纤数据传输本身，另设一条专门基于电的仲裁总线，来解决光纤传输中多点通信的共享介质冲突问题。一种双向光纤通信的总线型组网系统，包括基于电的仲裁系统及基于光纤的传输系统，所述基于电的仲裁系统包含基于电的仲裁总线、主干接口及节点设备的仲裁控制模块，所述基于光纤的传输系统包含多组基于光纤的光纤数据总线、主干接口、T型光耦合器、节点设备的数据传输模块及节点设备的缓存及控制模块，所述节点设备的仲裁控制模块及所述节点设备的数据传输模块同时和所述节点设备的缓存及控制模块连接，所述节点设备的仲裁控制模块通过主干接口连接仲裁总线，所述节点设备的数据传输模块经过主干接口通过T型光耦合器将节点设备耦合至光纤数据总线；所述基于电的仲裁系统通过仲裁控制模块在仲裁总线上仲裁出下一个时间片各个节点设备在光纤数据总线中发送数据的顺序，所述时间片为光纤数据总线传输一个数据帧所需的持续时间；所述基于光纤的传输系统通过数据传输模块根据仲裁结果依序将节点设备的缓存及控制中的待发数据转化为光信号在光纤数据总线上进行数据传输。所述数据帧结构包括：目标设备标识符，用于标识待接收数据的节点设备；源设备标识符，用于标识待发送数据的节点设备；数据长度，用于说明有效数据的长度；数据，用于表示有效数据要发送的内容；所述仲裁总线包含一对铜双绞线，通过仲裁帧在所述时间片的仲裁时隙内传输多进制符号串，所述仲裁时隙为仲裁总线传输一个仲裁帧所需的持续时间，所述多进制符号由多电平表示，所述多电平包括由多个门限分隔的不同电压幅值状态，电压幅值越大优先级越高；所述仲裁帧结构包括：优先级码，用于表示待发数据的节点设备的优先级；源设备标识符，用于标识待发送数据的节点设备。基于电的仲裁系统工作原理如下：仲裁控制模块将所述多进制符号与仲裁总线上的电压进行比较，若所述多进制符号的优先级高于所述仲裁总线上的电压优先级则发送成功，所述多进制符号被输出至所述仲裁总线，若所述多进制符号的优先级低于所述仲裁总线上的电压的优先级则发送失败，所述仲裁控制模块在本时隙内停止剩余多进制符号的竞争，待下一个时隙进行总线竞争。在仲裁时隙内发送完整仲裁帧的节点设备将在下一个时间片内依次将待发数据发送至光纤数据总线，直至所有光纤数据总线被分配完。所述仲裁控制模块控制待发数据的节点设备对应的多进制符号能否发送至仲裁总线，同时在一个时间片中的仲裁时隙内成功发送完整仲裁帧的节点设备按照顺序依次在光纤上进行数据发送，因此解决了光纤总线上共享介质冲突的问题。作为优选方案，所述仲裁帧的多进制符号串包括数据量标识符，所述数据量标识符用于表示待发数据的数据量，所述待发数据较多的多进制符号电压幅值高于待发数据较少的多进制符号电压幅值，当所述节点设备没有成功发送多进制符号串，则将所述待发数据进行缓存，数量标识符可以防止缓存及控制模块中待发数据溢出的风险。作为优选方案，所述数据传输模块中包含身份识别模块，当所述身份识别模块在从所述光纤数据总线上接收到的数据中检测到与所属节点设备相匹配的身份信息时，才将到达数据存储于本地缓存及控制模块，在没有检测到与所属节点设备相匹配的身份信息时，直接丢弃从所述光纤数据总线上收到的数据。作为优选方案，所述仲裁总线包含一组快仲裁总线和慢仲裁总线，根据时间片内的第一个仲裁时隙内在两组仲裁总线已完成传输多进制符号串的正确性动态调节仲裁效率及数据传输速率。作为优选方案，所述接仲裁控制模块包括仲裁电路，所述仲裁电路包括逻辑线或电路，所述逻辑线或电路包括场效应管和第一比较器，所述场效应管漏极作为逻辑线或电路输入端，所述场效应管栅极与第一比较器输出端连接，所述场效应管源极作为逻辑线或电路输出端，所述第一比较器的反相输入端与场效应管源极连接，所述第一比较器同相输入端与场效应管漏极连接，若所述场效应管漏极电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向光纤通信的总线型组网系统，其特征在于，包括基于电的仲裁系统及基于光纤的传输系统，所述基于电的仲裁系统包含基于电的仲裁总线、主干接口及节点设备的仲裁控制模块，所述基于光纤的传输系统包含多组基于光纤的光纤数据总线、主干接口、T型光耦合器、节点设备的数据传输模块及节点设备的缓存及控制模块，所述节点设备的仲裁控制模块及所述节点设备的数据传输模块同时和所述节点设备的缓存及控制模块连接，所述节点设备的仲裁控制模块通过主干接口连接仲裁总线，所述节点设备的数据传输模块经过主干接口通过T型光耦合器将节点设备耦合至光纤数据总线；/n所述基于电的仲裁系统通过仲裁控制模块在仲裁总线上仲裁出下一个时间片各个节点设备在光纤数据总线中发送数据的顺序，所述时间片为光纤数据总线传输一个数据帧所需的持续时间；/n所述基于光纤的传输系统通过数据传输模块根据仲裁结果依序将节点设备的缓存及控制中的待发数据转化为光信号在光纤数据总线上进行数据传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种双向光纤通信的总线型组网系统，其特征在于，包括基于电的仲裁系统及基于光纤的传输系统，所述基于电的仲裁系统包含基于电的仲裁总线、主干接口及节点设备的仲裁控制模块，所述基于光纤的传输系统包含多组基于光纤的光纤数据总线、主干接口、T型光耦合器、节点设备的数据传输模块及节点设备的缓存及控制模块，所述节点设备的仲裁控制模块及所述节点设备的数据传输模块同时和所述节点设备的缓存及控制模块连接，所述节点设备的仲裁控制模块通过主干接口连接仲裁总线，所述节点设备的数据传输模块经过主干接口通过T型光耦合器将节点设备耦合至光纤数据总线；
所述基于电的仲裁系统通过仲裁控制模块在仲裁总线上仲裁出下一个时间片各个节点设备在光纤数据总线中发送数据的顺序，所述时间片为光纤数据总线传输一个数据帧所需的持续时间；
所述基于光纤的传输系统通过数据传输模块根据仲裁结果依序将节点设备的缓存及控制中的待发数据转化为光信号在光纤数据总线上进行数据传输。


2.如权利要求1所述的一种双向光纤通信的总线型组网系统，其特征在于所述数据帧结构包括：目标设备标识符，用于标识待接收数据的节点设备；源设备标识符，用于标识待发送数据的节点设备；数据长度，用于说明有效数据的长度；数据，用于表示有效数据要发送的内容；
所述仲裁总线包含一对铜双绞线，通过仲裁帧在所述时间片的仲裁时隙内传输多进制符号串，所述仲裁时隙为仲裁总线传输一个仲裁帧所需的持续时间，所述多进制符号由多电平表示，所述多电平包括由多个门限分隔的不同电压幅值状态，电压幅值越大优先级越高；所述仲裁帧结构包括：优先级码，用于表示待发数据的节点设备的优先级；源设备标识符，用于标识待发送数据的节点设备。


3.如权利要求2所述的一种双向光纤通信的总线型组网系统，其特征在于，所述仲裁帧的多进制符号串包括数据量标识符，所述数据量标识符用于表示待发数据的数据量，所述待发数据较多的多进制符号电压幅值高于待发数据较少的多进制符号电压幅值，当所述节点设备没有成功发送多进制符号串，则将所述待发数据进行缓存。


4.如权利要求3所述的一种双向光纤通信的总线型组网系统，其特征在于，所述数据传输模块中包含身份识别模块，当所述身份识别模块在从所述光纤数据总线上接收到的数据中检测到与所属节点设备相匹配的身份信息时，才将到达数据存储于本地缓存及控制模块，在没有检测到与所属...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：联合华芯电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44