一种基于无源光总线技术的高速光数据总线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于无源光总线技术的高速光数据总线，可实现通信网络的高速高可靠通信。该数据总线结构的核心在于基于光纤分束器和合束器的高速可靠光总线网络架构，其中高速高效的光纤合束器与光纤分束器是总线结构的基础，通过低延时介质访问协议和网络通讯安全可靠传输技术可提高系统传输的速率和可靠性。该高速数据总线具有光纤高速率、大吞吐量、低延时、电磁兼容性性好、重量轻的优点，也有无源总线技术结构简单、成本低、可靠性好的优点，以及新型介质访问控制协议实时性好、可重构的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无源光总线技术的高速光数据总线
本专利技术属于光网络总线领域，尤其涉及一种基于无源光总线技术的高速光数据总线。
技术介绍
数据总线技术是航天电子系统的关键核心技术之一，为军用装备各电子设备之间的信息交换提供高速、实时、高可靠的通信链路。随着国防技术的发展，军用装备的电子化、微型化、智能化在不断的提高，设备间的通讯复杂度在不断的加大，信号种类、采集速度以及通道数也在成倍的增加，这就迫切地需要一种总线通信系统，要求其能够实现总线的高速率、低时延、高可靠性、强抗电磁干扰性，且具有轻小型和可重构性的特点。飞行器武器系统对总线输出吞吐量、传输实时性和可靠性提出了越来越高的要求。如导引头图像传输至少要占用几十至几百兆的带宽。传感器数据传输与分配网络的传输延迟要求不超过100ps，指令与响应信息传输的传输延迟要求不大于10-6s。同时航天器运行环境恶劣，体积空间小、电磁环境复杂，对数据总线的容错能力、可靠性、电磁兼容性、体积、重量、功耗等都提出了极高的要求。因此亟需研究一种用于飞行器武器系统的新型总线系统，以促进现代化军事技术的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有光网络总线结构在高速率、低时延、可重构方面的不足，提供一种基于无源光总线技术的高速光数据总线结构。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于无源光总线技术的高速光数据总线，包括：至少两个总线工作单元，连接各个总线工作单元的总线网络连接单元，所述的总线工作单元包括一条数据总线、一条时钟总线和M个工作节点，数据总线的两端分别连接有第一光纤合束器和第一光纤分束器，时钟总线的两端分别连接有第二光纤合束器和第二光纤分束器，M个工作节点均与第一光纤合束器、第一光纤分束器、第二光纤合束器和第二光纤分束器相连接。进一步的，所述总线网络连接单元为网桥或中继器。进一步的，每个工作节点包含物理层和数据链路层，通过各自的控制器采用非破坏性逐位仲裁方式完成数据发送功能。进一步的，所有的工作节点均通过第一光纤合束器将数据信息传送到数据总线，再经由第一光纤分束器进行功率分配，传输给总线工作单元内的所有工作节点，完成数据信息传递；同时，所有工作节点的时间信息通过第二光纤合束器、时钟总线和第二光纤分束器完成时间信息传递。进一步的，所述第一光纤合束器、第一光纤分束器、第二光纤合束器和第二光纤分束器采用单模到多模或单模到单模两种结构。进一步的，数据信号在数据总线上的延时和时钟信号在时钟总线上的延时相等。本专利技术的有益效果是，本专利技术结合传统的星型和总线型光网络总线结构，采用光纤合束器和光纤分束器搭建总线结构。这种方法的巨大优势是光无源总线可以极大降低光总线架构的复杂度和功耗，在实现总线速率提升的同时保证总线的可靠性、微型化和低功耗。但是传统光信号的合路通过光耦合器实现，具有插损大的缺点，限制了基于光耦合架构的光总线的节点数目，影响了光总线的实用性。本申请提出了新型光合束器的实现方法，并基于光合束器实现多路光信号的低插损合路，从而极大降低了光总线的插损，提高了系统的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍；图1是本专利技术中光总线网络架构示意图；图中：数据总线1、时钟总线2、第一光纤合束器3、第二光纤合束器4、第一光纤分束器5、第二光纤分束器6、总线网络连接单元7、第一总线工作单元8、第二总线工作单元9。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更见清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所述实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术所述的新型的基于无源光总线技术的高速光数据总线包括至少两个总线工作单元和连接各个总线工作单元的总线网络连接单元7，总线工作单元包括数据总线1、时钟总线2、第一光纤合束器3、第二光纤合束器4、第一光纤分束器5、第二光纤分束器6、M个工作节点等部分；在描述该方法的步骤前，先解释以下几个概念：总线网络连接单元7是各个总线工作单元(如图1中的第一总线工作单元8和第二总线工作单元9)之间的连接装置，用于实现各个总线工作单元之间的数据传输，实现最终的通讯网络。图例中只展示了第一总线工作单元8、第二总线工作单元9之间的连接，实际工作并不局限于两个总线工作单元的连接。总线网络连接单元7可以为网桥或中继器。以总线网络连接单元7为界，光数据通讯网络分为若干个独立的总线工作单元(如图1中的第一总线工作单元8、第二总线工作单元9)；总线工作单元的架构主要包含M个工作节点Xi(i＝1,2,3,4…,M)与总线光缆(数据总线1、时钟总线2)两部分，通过光纤分束器(第一光纤分束器5、第二光纤分束器6)和合束器(第一光纤合束器3、第二光纤合束器4)相连。工作节点的数据信号通过高性能第一光纤合束器3耦合进入数据总线1，而后通过第一光纤分束器5实现数据均等地分配到所有工作节点；同时工作节点的时钟信号通过高性能第二光纤合束器4耦合进入时钟总线2，而后通过第二光纤分束器6实现数据均等的分配到所有工作节点；保证目标工作节点的数据接收。数据传输总线的物理拓扑由光纤连接多个工作节点，每个工作节点包含物理层和数据链路层，通过各自的控制器采用非破坏性逐位仲裁方式完成数据发送功能。当任意一个工作节点发生故障时，总线结构不被破坏，便于错误隔离和故障定位。信号的传递包括以下步骤：步骤1：总线工作单元8内的任一工作节点Xi(i＝1,2,3,4…,M)发出的时钟信号经过第二光纤合束器4进入时钟总线2，同时数据信号经过第一光纤合束器3进入数据总线1，两路信号经过总线上的同等延时，分别通过第二光纤分束器6和第一光纤分束器5进行功率分配，然后进入总线的1～M各个工作节点；步骤2：各个工作节点的处理器根据接收到数据携带的地址信息决定信息的处理方式。步骤3:当目标数据存在于其他总线工作单元时(以图中以第二总线工作单元9为例)，目标数据先通过总线网络连接单元7传输到总线中的工作节点XN，而后重复步骤1和2。本专利技术结合传统的星型和总线型光网络总线结构，采用光纤合束器和光纤分束器搭建总线结构。这种方法的巨大优势是光无源总线可以极大降低光总线架构的复杂度和功耗，在实现总线速率提升的同时保证总线的可靠性、微型化和低功耗。但是传统光信号的合路通过光耦合器实现，具有插损大的缺点，限制了基于光耦合架构的光总线的节点数目，影响了光总线的实用性。本申请提出了新型光合束器的实现方法，并基于光合束器实现多路光信号的低插损合路，从而极大降低了光总线的插损，提高了系统的可靠性。本
的人员根据本专利技术所提供的文字描述、附图以及权利要求书能够很容易在不脱离权力要求书所限定的本专利技术的思想和范围条件下，可以做出多种变化和改动。凡是依据本专利技术的技术思想和实质对上述实施例进行的任何修改、等同变化，均属于本专利技术的权利要求所限定的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无源光总线技术的高速光数据总线，其特征在于：包括：至少两个总线工作单元，连接各个总线工作单元的总线网络连接单元(7)，所述的总线工作单元包括一条数据总线(1)、一条时钟总线(2)和M个工作节点等，数据总线(1)的两端分别连接有第一光纤合束器(3)和第一光纤分束器(5)，时钟总线(2)的两端分别连接有第二光纤合束器(4)和第二光纤分束器(6)，M个工作节点均与第一光纤合束器(3)、第一光纤分束器(5)、第二光纤合束器(4)和第二光纤分束器(6)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于无源光总线技术的高速光数据总线，其特征在于：包括：至少两个总线工作单元，连接各个总线工作单元的总线网络连接单元(7)，所述的总线工作单元包括一条数据总线(1)、一条时钟总线(2)和M个工作节点等，数据总线(1)的两端分别连接有第一光纤合束器(3)和第一光纤分束器(5)，时钟总线(2)的两端分别连接有第二光纤合束器(4)和第二光纤分束器(6)，M个工作节点均与第一光纤合束器(3)、第一光纤分束器(5)、第二光纤合束器(4)和第二光纤分束器(6)相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于无源光总线技术的高速光数据总线，其特征在于：所述总线网络连接单元(7)为网桥或中继器。3.根据权利要求1所述的一种基于无源光总线技术的高速光数据总线，其特征在于：每个工作节点包含物理层和数据链路层，通过各自的控制器采用非破坏性逐...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶凌云，麻艳娜，宋开臣，王文睿，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33