光纖區域網

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

光纖區域網(Optical Fiber LAN，OFLAN)

　　光纖區域網是指利用光纖將較為靠近的許多用戶連接起來的網路，這樣網上的所有用戶都可以通過該網路相互進行數據交流，因此在光纖區域網中要求用戶都具有發送／接收數據的功能，並且在一個網路協議的規定下操作，不同的網路協議適合於不同的網路拓撲結構，不同的拓撲結構適應於不同的場合。

　　光纖區域網可以用在大型工礦企業的公務電話、電視電話會議系統以及用於生產過程的閉路電視監控等，也可以用於城市管理系統(如道路交通管理)，或用於電腦網的數據傳輸以及多個電腦終端共用一個高性能的專用處理器中，也可用在電力系統的電力調度網路上等等。

　　光纖區域網可用到小至一個辦公樓內的辦公室自動化系統中，賓館、商場的管理系統中，甚至可用到一架飛機或艦船上的通信、監視系統中。當然光纖區域網也同樣可以用於軍事指揮系統中。光纖通信網的發展十分迅速，正從單一功能的電話網、數據網、CATV網等向功能齊全的綜合業務數字網(ISDN)發展，從窄帶(N-ISDN)向寬頻(B-ISDN)發展。目前，信息高速公路更是世界性的熱門話題，預示著信息革命的新紀元已經到來。

　　眾所周知，區域網的拓撲結構主要有星型拓撲、環行拓撲、匯流排拓撲以及混合型拓撲。光纖區域網也是區域網的一種，所以其拓撲結構大致也可分為這幾種。

　　1．無源星型結構

　　無源星型拓撲結構，“無源星型耦合器”是把許多光纖熔化在一起製成的，任何一條光纖輸入到耦合器的光都會被等分，再輸出到接在耦合器上的每條光纖。網路中的每個設備擁有兩條光纖，一條用於發送數據，另一條用於接收數據。從物理上看，這屬於星型拓撲結構，但它的作用卻與匯流排型拓撲結構類似，任何一臺設備發送出來的信號，可以被所有連接在網上的設備接收，如果同時有兩台設備發送，同樣會產生衝突。

　　目前已有的產品可做到1km、幾十個設備同時接入網內。傳輸距離和接入設備的數目都要受到限制，這是因為在網路中存在著信號功率的損耗，信號從發送器到接收器的功率損耗一般是25-28db，這個損耗主要產生在光纖連接器、光纖電纜和耦合器這3個元件上。每個光纖連接器的損耗大約為1-1.5db，光纖電纜的損耗每公裡約為3-6db，在耦合器中光的功率分配，損耗等於10Log（節點數）。

　　2．有源星型結構

　　有源星型拓撲結構。與無源星型拓撲結構相比，不同之處在於耦合器使用的是有源中繼器。有源星型拓撲結構也是物理上的星型結構，而實際的作用類同於匯流排結構。當一個站發送時，接收器模塊在輸入端檢測該輸入信號，並重新發送至R匯流排。R匯流排上的信號被控制模塊接收，然後重傳至X匯流排，控制模塊的作用是檢測衝突。發送模塊從X匯流排取得信號，然後發送至輸出端。

　　有源星型結構比無源星型結構有更多的優點，由於不需在耦合器中將發送的信號分割，所以損耗較小，因此有源星型結構可以支持更多的設備和更大的距離，一般可以達到上百個設備和2.5km的傳輸距離。但是，比起無源星型拓撲結構，有源星型結構成本很高。

　　3．光纖環網結構

　　光纖環網結構採用點到點的鏈路組成，而點到點的光纖傳輸技術最為成熟，所以光纖環網的結構最普遍。在這種結構中，光纖的延遲小，易於配置很多站點的環網和高速環網。但是，高速光纖環網價格很貴，只能應用於有限的場合。IBM公司開發了一種速度較低，但價格也相當便宜的光纖環網，它採用850nm波長，以及價格低廉的LED發送器和PIN檢測器，數據傳輸速率可達到20Mbps，最大的鏈路距離可達1.5-2km，可以支持250個站點。

　　4．光纖匯流排網結構

　　光纖匯流排拓撲有兩種不同結構，它們的區別在於採用的是有源抽頭還是無源抽頭。對於有源抽頭結構，從匯流排傳來的光信號能量輸入抽頭，抽頭將信號轉換成電信號，然後送至站點。從站點輸出的信號再調製成光信號，最後將光信號再送至匯流排上。

　　對於無源抽頭結構，抽頭將匯流排上傳送來的光能量抽取一部分到接收站點。發送時，站點直接將能量註入匯流排。這裡，抽頭的作用類似於電線總纜的中間抽頭。

　　對於有源匯流排配置，需兩根光纜，每個抽頭由兩個有源耦合器組成，這是因為設備的單方向性決定的；對於無源匯流排配置，每個抽頭需要兩次接到匯流排，其原因也是因為無源抽頭的單方向性決定的，同樣也需要兩根光纜。每個抽頭由兩個發送器和兩個接收器組成，因此，信號能從兩根單方向的電纜中插入和抽出。環型無源光纖匯流排拓撲結構，即將匯流排的一端連在一起，信號的傳輸如同雙電纜匯流排結構，一邊是信號輸入，另一邊是信號輸出。這種結構的優點是可以省掉一半數量的發送器和接收器，從而降低成本。

　　有源光纖匯流排的缺點是線路複雜，介面的費用開銷大，每個抽頭要引入延遲；無源光纖匯流排的主要缺點是抽頭的損耗大，這就限制了抽頭數目。目前，低損耗的抽頭一般可以支持80個抽頭接入光纖線路。

　　我國在光纖區域網，光纖廣域網方面的研究已經有近十年曆史，由世界銀行貸款100萬美元建立的光纖區域網國家重點實驗室已經國家教委驗收通過併在上海交通大學開放運行。已具備研究光纖區域網的強大的科研隊伍及充足的科研設備。在光纖匯流排網方面已能批量生產網路連接設備，智能網橋等，在綜合業務光纖環網方面已能為實際的網路用戶提供服務。在光纖光路設計、光纜架設、光纖熔接以及光纖星型耦合器光纖分路器、光纖三波分、四波分復用器等無源光器件方面已能提供高可靠的實用器件及工程實施。

　　不同的協議方式，適用於不同的網格拓撲結構，下麵對匯流排型、環型、星型LAN的組成加以介紹。

　　(1)匯流排型結構

　　匯流排型結構網路是一種非常典型的網路結構，它可以將多台電腦和終端設備進行連接。

　　在圖中給出了匯流排型結構的示意圖，從中可以看出，每個分站都有光發射和光接收部分，每個終端站與光纖之間都有光分支耦合器相連，這樣用戶可以通過光分支耦合器將各終端所要傳輸的光信號耦合進入傳輸光纖，或實現由傳輸光纖中分取少量光信號的操作，從而在一個服務區域內通過一條光纖傳輸多路信號，完成各終端間的數據互通。

　　光分支耦合器是將光信號進行分路或合路、插入、分配的一種器件。根據其間是否存在光放大作用，光分支耦合器又分為無源和有源兩種形式。

　　①無源光分支耦合器

　　無論是有源還是無源的光分支耦合器，實際上在分路和合路的功能上並無本質區別，兩者只是光信號傳輸的方向不同。如圖所示，從圖中可以看出，由光纖l輸入1光信號，就會在光纖2，3支路里有光信號輸出，而且也可以做到等光功率分配，反之也是如此。

　　在有源光分支耦合器內部有光發射機和光接收機，當節點處接收到來自光纖l的光信號時，首先由光接收機將光信號轉換成電信號，再經過均衡、放大、整形處理，恢覆成標準的脈衝信號，然後啟動相應支路的光發射機，完成電／光轉換，實現各節點之間的光傳輸。

　　(2)星型結構

　　星型網路拓撲結構具有交換的功能，使之有別於匯流排型網路結構。

　　星型網路結構如圖所示，從圖中可以看出，它是利用點對點的光纖傳輸，將所有節點與一個中心節點實現互連，這個中心節點通常是採用星型耦合器。

　　根據中心節點處是否具有有源器件，網路又有有源星型網路和無源星型網路之分。迪常在無源星型網路中心節點處，使用無源光星型耦合器，其結構如圖所示。這樣來自光纖l的光信號在此中心節點處，利用該耦合器實現光信號分配，即光纖2、光纖3、光蘭，；傳輸該光信號，因為在無源光星型耦合器處進行的是無源光分配，即可以做到等光功率分配，那麼分路數愈多，則每支路分得的光功率愈弱，因而為保證網路正常工作，對無源星型網路中的節點數目必須有所限制。

　　(3)環型結構

　　環型結構是一種附著於網路上的端系統或站點之間互連的方式。目前隨著技術的不斷進步，採用1．31gm的多模光纖和標準的光纖分佈數據介面(FDDI)，工作於100Mb/s，速率的環型拓撲結構的光纖區域網得到了很大發展。

　　在環形結構中，是通過光纖將多個節點依次進行連接，從而構成單個封閉的環路，如圖所示。每個節點都是由轉發器組成，其具有發送和接收數據的功能，這樣數據可以沿著各轉發器在環上一位位地串列傳輸。

　　要使一個封閉環路成為一個通信網路，則需要具有三個功能，即數據插人、數據接收和數據清除。顯然這些功能均由轉發器完成，這樣環型網路上的各轉發器，除了作為有源元素之外，還起到數據接收、數據插入設備的連接點作用。

　　在此完成數據插入和數據接收的轉發器的功能與有源星型網路中的星型耦合器功能基本相似，但就有源星型網路而言。由星型耦合器插入線路的信號傳播到末端，是由末端接收器所吸收，從而實現數據清除功能。然而環型網路的路由是閉合路徑，如不進行數據清除，則數據將永遠在環路上流通，因而一般是由信源轉發器在該分組數據環路上流動一周之後進行清除工作。

　　由此可見，轉發器主要具有如下功能：

　　①將所接收的所有數據向下傳輸。

　　②提供接收和發送數據的能力。