[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信和通信网络技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容