一种光纤通信网络结构的设计方法及其可扩展的网络结构技术

本发明专利技术提供一种光纤网络结构的设计方法及其可灵活扩展的结构，它是以第一级网络结构为中心，通过在它的每个边缘节点上连接一个具有内部互通功能的三端口基本网络单元，使网络结构向外扩展，实现网络边缘节点数的倍增和全部边缘节点之间的互联互通，形成第二级网络结构；以此类推，在已构成的第ｉ级网络的每个边缘节点上再继续连接一个具有三端口的基本网络单元，实现网络结构的向外幅射扩展和网络边缘节点数的倍增，形成第ｉ＋１级网络结构；直到所形成的第Ｍ级网络结构具有满足设计要求的网络边缘节点数目为止。它具有可靠性、灵活性高和可延展性的特点；而且，具有低复杂性、低成本和容易实现的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤通信和通信网络
，具体涉及一种新型光纤通信网络结构的设计方法及其可灵活扩展的网络结构。
技术介绍
光纤通信具有大传输带宽、低传输损耗和抗电磁干扰等特点，因此它可用于有效支持高速互联网、高清晰度数字电视和有线电视业务、数字语音业务、远程教育、数字图书馆、远程医疗、电子商务、智能交通、数据网格与大规模多站点分布式科学计算、智能家庭网、工业自动化等的应用。此外，由于光纤还具有体积小、重量轻和无电磁辐射的优点，光纤通信技术在车载数据总线、舰船用局域网、航空与航天数据总线以及其它军用数据通信网方面有着重要的应用价值。网络的拓扑结构设计对于光纤通信网的实现来讲是一项非常重要的工作，因为它将影响到网络的成本和通信性能、使用时的灵活性和可靠性以及在网络维护与维修方面的复杂性。一般来讲，星形结构和环形结构是目前光纤通信网络经常使用的两种拓扑结构。环形结构是指所有通信节点共用一条光纤链路，并且光纤链路首尾相接形成一个封闭回路的网络结构。在此情况下，每个节点通过使用光收发器和光纤分别与它的两个邻近节点相连接，因此每个通信节点所发送的数据信号在光纤环形网上将会沿着一个方向传输。对于星形拓扑结构来讲，所有通信节点都需要连接到一个中心节点上，并且各用户终端必须通过一个位于中心节点的星形耦合器进行信息交换。因此，这种网络结构不存在损耗累积的问题，且易于实现升级和扩容。在实际应用中，采用普通环形结构的光纤网络却存在着可靠性差的问题，因为一旦该网络上的某个通信节点出现故障或者某一段光纤被损毁，则网络通信就会出现中断。这将无法适用于对通信可靠性具有很高要求的应用环境，例如航空与航天数据总线、车载数据总线、军用舰载局域网、银行部门和公安系统内部的局域网或本地接入网等。为了改进普通环形网络的可靠性，在实际应用中光纤通信网一般都采用双环网结构或者“自愈合环”技术。这就需要使用光开关器件和更多数量的光纤及其连接器，从而增加了光纤网络的成本和复杂性，因此该设计无法满足在家庭网络、低成本的局域网和本-->地接入网上的应用要求。此外，鉴于结构复杂性和体积及重量增加的原因，“自愈合环”技术也不利于在航空与航天数据总线、车载数据总线、坦克用数据总线上的应用。另一方面，采用星形结构的光纤网络与环形网相比，具有成本较低、易于实现、通信节点的复杂性低和可靠性高的优点。此外，无源星型光耦合器还具有将其输入端口的光信号均匀地分布到星型耦合器的全部输出端口之功能，从而大大降低了对光接收机的输入光信号动态范围的要求，这将有助于简化光接收机的设计和降低成本。因此，采用星形结构的光纤网络普遍地被用于支持计算机局域网、航空与航天数据总线、坦克用数据总线或者本地接入网等的应用。但是，星形网需要将其所有的通信节点连接到一个中心节点(即星型耦合器)上，才能实现网络终端设备之间的通信。因此，该网络存在着可靠性较差和网络终端设备的位置分布受限等缺点。例如，一旦星形光纤网的中心化星型耦合器(即网络的中心节点)被损坏/击毁，则整个网络的通信就会出现瘫痪，这在坦克、军用舰艇、军用指挥车、飞机、卫星、导弹等方面应用时将会导致重大问题。此外，在民用通信领域，星形光纤网一般都要求其通信节点距离该网络的中心节点较近或者其通信节点都比较集中地分布在一个较小的范围，以便于用光纤连接组网。这就对各个终端设备的地理位置分布加以显著限制，因此星形光纤网络的应用范围也就受到了局限。例如，当某些终端用户距离网络的中心节点较远时或者大部分终端用户之间相隔较远且分布较广时，其相应的终端设备就分别需要使用各自较长的光纤与网络的中心节点一一相连或者从四面八方将各自的光纤分别连接到网络的一个中心化节点(它可位于一间屋或一个机柜里)。这将会显著地增加光纤布线的难度和复杂性，从而降低了网络连接的灵活性和可延展性。鉴于现有的星形结构和环形结构光纤网络在实际应用中存在着如上所述的缺点或问题，因此很有必要设计出一种新型的光纤通信网络结构，以满足实际应用所要求的高可靠性、高灵活性和可延展性。同时，它还应具有低复杂性、低成本和容易实现的优点。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种根据实际应用需要和用户要求，可灵活地使用光纤将处于不同位置的各个用户终端设备或通信设备相互连接起来组成一个通信网络、可以完全或者部分实现星形拓扑结构的功能并且具有高可靠性，同时还可以对网络结构进行灵活拓展的新型光纤网络结构。本专利技术的目的是这样实现的：一种光纤网络结构的设计方法，其特征在于，以第一级-->网络结构为中心，通过在它的每个边缘节点上连接一个具有内部互通功能的三端口基本网络单元，使网络结构向外扩展，实现网络边缘节点数的倍增和全部边缘节点之间的互联互通，形成第二级网络结构；以此类推，在已构成的第i级网络的每个边缘节点上再继续连接一个具有三端口的基本网络单元，实现网络结构的向外幅射扩展和网络边缘节点数的倍增，形成第i+1级网络结构；其中，i＝1，2，3，4，....，M-1；直到所形成的第M级网络结构具有满足设计要求的网络边缘节点数目为止；第M级网络结构的边缘节点数目K满足如下公式：K＝2M-1N        (1)所述第一级网络结构由若干只无源光耦合部件和光纤连接而成；N为第一级网络结构的边缘节点数，N的取值为3或4；具有内部互通功能的三端口基本网络单元和第一级网络结构使用光纤和无源光耦合部件来实现。进一步的特点是，所述具有内部互连互通功能的三端口基本网络单元，它的输入和输出端口是可以互换的；即每个无源光耦合部件的两个输出或者输入端口都需要通过两段传输光纤分别与处于其左右两侧的另外两个无源光耦合部件相应的输出或者输入端口连接；再利用第三段光纤将另两个无源光耦合部件各自尚未使用的输出或者输入端口相连；当光信号被输入到该基本网络单元的任何一个输入端口时，它首先被一个无源光耦合部件分为两路光信号并分别沿着左右两段光纤传输到该基本网络单元的另外两个无源光耦合部件，从而实现了光信号经任何一个端口输入而从另外两个端口输出的传递功能。所述无源光耦合部件为常规的无源光耦合器，或者是由一对无源光耦合器级联而成。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、采用模块化和标准化设计，快速实现第一级网络结构和具有内部互通功能的三端口基本网络单元。以第一级网络结构为基础，通过在它的所有边缘节点上分别各自连接一个三端口基本网络单元(见图3所示)，就能达到网络结构的向外扩展和边缘节点数的倍增之目的。基于这种模块化堆叠设计方法，每次只需通过在上一级网络结构的全部边缘节点上各自外接一个三端口基本网络单元，即可向外延伸扩展，构成下一级网络结构，从而快速实现具有所需边缘节点数目的光纤通信网络，并能确保所有边缘节点之间的互联互通功能。-->2、能够根据实际应用的需要，灵活地选择各个“三端口基本网络单元”内部的传输光纤之长度，使得所设计出的光纤通信网的边缘节点能够容易地连接到处于不同位置/地点的用户终端设备或通信设备，从而确保任何一个用户的信号都可以经过该光纤通信网进行传输，然后被输入到网络上的其它所有用户终端设备或通信设备上。而且每个“三端口基本网络单元”内部的光纤和无源光耦合部件都能承载双向光信号的传递，这就意味着每个用户都能够通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤网络结构的设计方法，其特征在于，以第一级网络结构为中心，通过在它的每个边缘节点上连接一个具有内部互通功能的三端口基本网络单元，使网络结构向外扩展，实现网络边缘节点数的倍增和全部边缘节点之间的互联互通，形成第二级网络结构；以此类推，在已构成的第ｉ级网络的每个边缘节点上再继续连接一个具有三端口的基本网络单元，实现网络结构的向外幅射扩展和网络边缘节点数的倍增，形成第ｉ＋１级网络结构；其中，ｉ＝１，２，３，４，……，Ｍ－１；直到所形成的第Ｍ级网络结构具有满足设计要求的网络边缘节点数目为止；　第Ｍ级网络结构的边缘节点数目Ｋ满足如下公式：　Ｋ＝２↑［Ｍ－１］Ｎ　（１）　所述第一级网络结构由若干只无源光耦合部件和光纤连接而成；Ｎ为第一级网络结构的边缘节点数，Ｎ的取值为３或４；　具有内部互通功 能的三端口基本网络单元和第一级网络结构使用光纤和无源光耦合部件来实现。

【技术特征摘要】
1、一种光纤网络结构的设计方法，其特征在于，以第一级网络结构为中心，通过在它的每个边缘节点上连接一个具有内部互通功能的三端口基本网络单元，使网络结构向外扩展，实现网络边缘节点数的倍增和全部边缘节点之间的互联互通，形成第二级网络结构；以此类推，在已构成的第i级网络的每个边缘节点上再继续连接一个具有三端口的基本网络单元，实现网络结构的向外幅射扩展和网络边缘节点数的倍增，形成第i+1级网络结构；其中，i＝1，2，3，4，....，M-1；直到所形成的第M级网络结构具有满足设计要求的网络边缘节点数目为止；第M级网络结构的边缘节点数目K满足如下公式：K＝2M-1N                  (1)所述第一级网络结构由若干只无源光耦合部件和光纤连接而成；N为第一级网络结构的边缘节点数，N的取值为3或4；具有内部互通功能的三端口基本网络单元和第一级网络结构使用光纤和无源光耦合部件来实现。2、一种可扩展的光纤网络结构，其特征在于，以第一级网络结构为中心，利用可任意扩展的模块化堆叠设计，向外辐射扩展，形成第M级网络结构；在第一级至第M-1级网络结构的每个边缘节点上连接一个具有内部互通功能的三端口基本网络单元，使网络结构向外扩展，实现网络边缘节点数的倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，陈丽娟，
申请(专利权)人：张建国，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]