CN106788733A - 一种时间触发以太网无线光传输终端及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种时间触发以太网无线光传输终端及系统，本终端为依次连接的时间触发以太网单元、光电/电光变换单元、光放大器和无线光收发单元，时间触发以太网单元经光电/电光变换单元所得光信号放大后转换为无线光信号发送；接收的无线光信号转为有线光信号，进入光电/电光变换单元转换为电信号送入时间触发以太网单元处理。本系统包括至少2台无线光信号连接的时间触发以太网无线光传输终端。各终端可连接成链型，环型，星型或栅格型。本发明使时间触发以太网与无线光技术结合，突破电缆、光纤限制，远距离传输，扩展应用空间；系统架设简便快捷，成本低；抗干扰能力强、频带宽，速率高，容量大，保密性好；体积小，适宜机载、舰载、星载。

Description

一种时间触发以太网无线光传输终端及系统
技术领域
本发明涉及时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet，TTEthernet)技术，具体为一种时间触发以太网无线光传输终端及系统。
背景技术
时间触发以太网是在标准以太网基础上实现时间触发网络协议，在网络系统中建立一个全局统一的时钟，终端之间的通信基于全局时间来进行，其数据传输率最高可达1000Mbit/s。由于时间触发以太网采用基于时间触发的报文发送方式，数据传输过程中不会有报文冲突和丢帧，因此其带宽利用效率是普通以太网的至少5倍。时间触发以太网支持从系统级对系统进行所有计算和网络资源的分区，支持减少终端系统的数量，能够整合分布在多个控制单元的多个功能。使得任何电子控制单元(ECU)可以整合实时控制功能，且每一个ECU可以不相冲突地集成许多不同的控制功能。这需要所使用的主干通信网络带宽必须可以确定地分配给不同的分布式控制功能，同时不会引起系统网络整体负载的波动。这是标准以太网无法做到的。
时间触发以太网交换机支持TT、RC和BE三种类型消息的通信。
TT消息应用时间触发机制。所有的TT消息在网络中按特定的时间发送，优先级高于其它所有类型消息。TT消息适用于分布式实时控制系统，典型应用如线控制动和线控转向等快速闭环控制系统。TT消息用于设计和测试确定性分布式系统，所有系统组件的时间特性都是确定的、可分析和测量的，且时间精度小于1μs。
RC消息相对时间触发消息，适用于实时性要求不那么严格的系统。RC消息保证系统中对应每个物理链接的消息带宽是确定的，时间延迟不超过预期的限制范围。RC消息可用于车辆和航空领域等需要可靠通信和对时间确定性有一定需求的安全关键系统，通常RC消息还用于多媒体系统。
BE消息采用众所周知的普通以太网方式，传输过程中无法保证是否或何时成功发送了消息，延迟以及消息是否被接收节点成功接收。BE消息优先级低于TT和RC消息，且使用网络的剩余带宽。BE消息的典型应用是互联网服务，所有对传输质量要求低的消息(如因特网协议消息)都可以映射到这一网络功能级别。
时间触发以太网已在航天器中应用，其主要具有以下优势：
(1)兼容性：该技术兼容了时间触发协议和以太网技术的优势，能够在同一个网络平台上兼容普通网络数据流和时间触发以太网数据流；
(2)高速型：其1000Mbit/s的数据传输速率可以满足未来大容量通信卫星、遥感卫星、侦察卫星的总线需求；
(3)确定性：时间触发在设计阶段就将总线资源的使用与任务调度计划制定完毕，每个节点都在系统预先定义的时间段使用资源，不仅可以解决信息传递延迟不确定性问题，而且使系统的设计和验证变得简单、充分；
(4)高可靠性和安全性：时间触发以太网失效率小于1×10-9h-1，达到了航空/航天领域D0254安全性认证的最高等级。此外，其总线上的节点与总线具有可靠的故障隔离边界，系统中某个节点失效从时间上和空间上都难以影响系统中其他节点的正常运行，能有效避免故障的扩散。
但时间触发以太网系统的传输介质为电缆、光纤，只能应用于固定的有限范围内，如飞机、火箭、战车、舰船等固定封闭的舱体内。
无线光FSO(Free Space Optical)传输技术是一种以自由空间为传输信道的光传输技术，其经过激光束实现信号的发射和接收。FSO以红外激光束为载体传输数据，红外波段比微波波段更小，更加灵活和方便。FSO系统的工作频段在300GHz以上，该频段的应用在全球不受管制，可以免费使用。FSO系统可传输数据、视频、语音等的信息，具有保密性强、传输速率高、机动性强、抗干扰能力强、带宽极高、安装简便快捷、安全及成本低的特点。它同光纤通信一起可以构建高质量的通信系统，广泛应用于军事保密通信、城域网路由保护和接入、基站连接等。但目前时间触发以太网尚未能用于无线光传输系统。
发明内容
本发明的目的是设计一种时间触发以太网无线光传输终端，其包括时间触发以太网单元，光电/电光变换单元，光放大器和无线光收发单元，时间触发以太网单元产生符合时间触发以太网格式的电信号，由光电/电光变换单元将电信号转换为光信号，经光放大器放大后，由无线光收发单元转换为无线光信号并发送，接收时，无线光收发单元接收无线光信号并转换为有线光信号，经光电/电光变换单元将光信号转换为电信号，再送入时间触发以太网单元进行处理。
本发明的另一目的是设计一种时间触发以太网无线光传输系统，该系统包括至少两台本发明的时间触发以太网无线光传输终端，终端之间通过无线光信号连接。
本发明设计的一种时间触发以太网无线光传输终端，其包括时间触发以太网单元，还包括其后依次连接的光电/电光变换单元，光放大器和无线光收发单元，时间触发以太网单元产生符合时间触发以太网格式的电信号，光电/电光变换单元将电信号转换为光信号，经光放大器放大后，由无线光收发单元转换为无线光信号并发送，接收时，无线光收发单元接收无线光信号并转换为有线光信号，直接接入光电/电光变换单元将光信号转换为电信号，送入时间触发以太网单元进行处理。
时间触发以太网单元产生的电信号经过光电/电光变换单元产生符合时间触发以太网格式的光信号，其波长为850nm、758nm、980nm、1310nm和1550nm中的任一种。
无线光传输时1550nm波长的光信号传输效果较好。当时间触发以太网单元经过光电/电光变换单元产生的光信号波长为850nm、758nm、980nm和1310nm中的任一种时，光电/电光变换单元后经光信号波长转换单元再连接光放大器。光信号波长转换单元将光电/电光变换单元产生的850nm、758nm、980nm或1310nm光信号转换为波长1550nm的光信号，转换后的光信号经过光放大器放大，再经无线光收发单元发送。接收时，无线光收发单元接收无线光信号并转换为有线光信号，送入光信号波长转换单元，转换为与光电/电光变换单元一致的波长，再由光电/电光变换单元变为电信号送入时间触发以太网单元进行处理。
本发明设计的一种时间触发以太网无线光传输系统，包括至少两台上述时间触发以太网无线光传输终端，终端之间通过无线光信号连接，实现数据高速交换。
所述时间触发以太网无线光传输终端相邻的相互连接的2个终端之间的距离为M×(10～105)米，1≤M≤9。
所述时间触发以太网无线光传输系统包括N台上述时间触发以太网无线光传输终端，N＝2～254，各终端通过无线光信号依次连接成链型，根据需要传输的距离选取链型网的时间触发以太网无线光传输系统终端台数，N台终端的链型网传输的总距离为(N-1)×(10～105)米,实现数据高速交换。
所述时间触发以太网无线光传输系统包括N台上述时间触发以太网无线光传输终端，N＝3～254，各终端通过无线光信号依次连接、且首尾两个终端通过无线光信号连接，成环型网，环型网的时间触发以太网无线光传输系统实现数据高速交换，并对网络数据进行环型双向保护,增强网络的安全性和抗毁性。
所述时间触发以太网无线光传输系统包括N台上述时间触发以太网无线光传输终端，N＝4～64，N台终端中的1台分别与其它各终端通过无线光信号一一连接成星型，星型组网的时间触发以太网无线光传输系统一点可同时与多点高速交换数据。
所述时间触发以太网无线光传输系统包括N台上述时间触发以太网无线光传输终端，N＝4～64，其中每台终端均分别与其它各终端通过无线光信号一一连接成栅格型。栅格型组网的时间触发以太网无线光传输系统每个点均可同时与多点高速交换数据，且实现数据路由栅格型多向保护。
与现有技术相比，本发明一种时间触发以太网无线光传输终端及系统的优点为：1、将时间触发以太网与无线光技术相结合，使时间触发以太网突破有形传输介质通信的限制，可翻山越岭传输、在江河湖海上远距离传输，还可实现地对空、空对空等多种电缆、光纤通信无法完成的通信任务，大大扩展了时间触发以太网的应用空间；2、由于无需铺设电缆、光纤，本系统架设简便快捷，成本低；3、适用于符合时间触发以太网格式的电信号，可高速传输数据、视频、语音等的信息，通信协议透明，现有的传输协议均易叠加使用；4、性能卓越，抗干扰能力强、频带宽，速率高，容量大，且保密性好；因无线光波束很窄，定向性非常好，并且用户到集线器之间的链路可加密，通信链路安全保密性较强，适用于军队保密通信系统及商业商务保密通信系统；5、本时间触发以太网无线光传输终端体积较小，适宜机载、舰载、卫星承载等。
附图说明
图1为本时间触发以太网无线光传输终端实施例结构示意图；
图2为本时间触发以太网无线光传输系统实施例1点对点连接组网示意图；
图3为本时间触发以太网无线光传输系统实施例2链型组网示意图；
图4为本时间触发以太网无线光传输系统实施例3环型组网示意图；
图5为本时间触发以太网无线光传输系统实施例4星型组网示意图；
图6为本时间触发以太网无线光传输系统实施例5栅格型组网示意图。
具体实施方式
时间触发以太网无线光传输终端实施例
本时间触发以太网无线光传输终端实施例如图1所示，包括依次连接的时间触发以太网单元、光电/电光变换单元、光信号波长转换单元、光放大器和无线光收发单元，图中实线箭头表示电信号连接，虚线箭头表示光信号连接，时间触发以太网单元产生符合时间触发以太网格式的电信号经过光电/电光变换单元产生波长为850nm的光信号，接入光信号波长转换单元，将光电/电光变换单元产生的光信号波长转换为1550nm，光信号波长转换单元后连接光放大器，将转换后的光信号放大，接入无线光收发单元转换为无线光信号并发送。接收时，无线光收发单元接收无线光信号并转换为有线光信号，送入光信号波长转换单元，转换为波长850nm的光信号，经过光电/电光变换单元转换为电信号，再送入时间触发以太网单元进行处理。
光电/电光变换单元产生的光信号波长为758nm、980nm和1310nm时，所用时间触发以太网无线光传输终端与本例相同。光电/电光变换单元产生的光信号波长为1550nm时，所用时间触发以太网无线光传输终端可省去光信号波长转换单元。
时间触发以太网无线光传输系统实施例1
本时间触发以太网无线光传输系统实施例1如图2所示，包括2台上述时间触发以太网无线光传输终端实施例的时间触发以太网无线光传输终端1和2，二终端之间通过无线光信号连接，实现数据高速交换。
本例2台时间触发以太网无线光传输终端之间的距离为2000米，通过调整光放大器的增益和无线光收发单元的器件，调节传输距离，最高可达数百公里。
时间触发以太网无线光传输系统实施例2
本时间触发以太网无线光传输系统实施例2如图3所示，3台上述时间触发以太网无线光传输终端实施例的时间触发以太网无线光传输终端1～3依次连接成链型，各终端相互之间通过无线光信号连接，实现数据高速交换。可根据需要传输的距离增加链型网的时间触发以太网无线光传输系统终端台数。
时间触发以太网无线光传输系统实施例3
本时间触发以太网无线光传输系统实施例3如图4所示，4台上述时间触发以太网无线光传输终端实施例的时间触发以太网无线光传输终端1～4依次连接、且首尾两台终端连接，成环型网，相互之间通过无线光信号连接，实现数据高速交换和数据路由环型双向保护。
时间触发以太网无线光传输系统实施例4
本时间触发以太网无线光传输系统实施例4如图5所示，包括5台上述时间触发以太网无线光传输终端实施例的时间触发以太网无线光传输终端1～5，其中时间触发以太网无线光传输终端1为中心，分别与时间触发以太网无线光传输终端2～5一一连接成星型，时间触发以太网无线光传输终端1与其它终端之间通过无线光信号连接，实现数据高数交换。
时间触发以太网无线光传输系统实施例5
本时间触发以太网无线光传输系统实施例5如图6所示，包括4台上述时间触发以太网无线光传输终端实施例的时间触发以太网无线光传输终端1～4，其中每台终端均分别与其它3台终端连接成栅格型，各终端之间通过无线光信号连接，实现数据高速交换和数据路由栅格型多向保护。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种时间触发以太网无线光传输终端，包括时间触发以太网单元，其特征在于：
所述时间触发以太网单元后依次连接光电/电光变换单元、波长转换单元、光放大器和无线光收发单元，时间触发以太网单元产生符合时间触发以太网格式电信号，经过光电/电光变换单元将电信号转换为光信号，经光放大器放大后，由无线光收发单元转换为无线光信号并发送；接收时，无线光收发单元接收无线光信号并转换为有线光信号，直接接入光电/电光变换单元将光信号转换为电信号，再送入时间触发以太网单元进行处理。
2.根据权利要求1所述的时间触发以太网无线光传输终端，其特征在于：
所述时间触发以太网单元经过光电/电光变换单元产生符合时间触发以太网格式的光信号，光信号波长为850nm、758nm、980nm、1310nm和1550nm中的任一种。
3.根据权利要求2所述的时间触发以太网无线光传输终端，其特征在于：
当所述时间触发以太网单元经过光电/电光变换单元产生的光信号波长为850nm、758nm、980nm和1310nm中的任一种时，在光电/电光变换单元后连接光信号波长转换单元，将进入光电/电光变换单元的光信号转换为波长1550nm，光信号波长转换单元后再连接光放大器和无线光收发单元；接收时，无线光收发单元接收无线光信号并转换为有线光信号，送入光信号波长转换单元，转换为与光电/电光变换单元相一致的波长，由光电/电光变换单元转换为电信号再送入时间触发以太网单元进行处理。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的时间触发以太网无线光传输终端构成的时间触发以太网无线光传输系统，其特征在于：
包括至少2台所述时间触发以太网无线光传输终端，所述时间触发以太网无线光传输终端之间通过无线光信号连接。
5.根据权利要求4所述的时间触发以太网无线光传输系统，其特征在于：
所述时间触发以太网无线光传输终端相邻的相互连接的2台终端之间的距离为M×(10～105)米，1≤M≤9。
6.根据权利要求4所述的时间触发以太网无线光传输系统，其特征在于：
所述时间触发以太网无线光传输系统包括N台所述时间触发以太网无线光传输终端，N＝2～254，各终端依次通过无线光信号连接成链型。
7.根据权利要求4所述的时间触发以太网无线光传输系统，其特征在于：
所述时间触发以太网无线光传输系统包括N台上述时间触发以太网无线光传输终端，N＝3～254，各终端通过无线光信号依次连接、且首尾两台终端通过无线光信号连接。
8.根据权利要求4所述的时间触发以太网无线光传输系统，其特征在于：
所述时间触发以太网无线光传输系统包括N台上述时间触发以太网无线光传输终端，N＝4～64，其中1台终端分别与其它(N-1)台终端一一通过无线光信号连接成星型。
9.根据权利要求4所述的时间触发以太网无线光传输系统，其特征在于：
所述时间触发以太网无线光传输系统包括N台所述时间触发以太网无线光传输终端，N＝4～64，其中每台终端均分别与其它各终端通过无线光信号一一连接成栅格型。
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