本發(fā)明涉及時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)(Time-Triggered Ethernet，TTEthernet)技術(shù)，具體為一種時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)是在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)時(shí)間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中建立一個(gè)全局統(tǒng)一的時(shí)鐘，終端之間的通信基于全局時(shí)間來進(jìn)行，其數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)1000Mbit/s。由于時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)采用基于時(shí)間觸發(fā)的報(bào)文發(fā)送方式，數(shù)據(jù)傳輸過程中不會(huì)有報(bào)文沖突和丟幀，因此其帶寬利用效率是普通以太網(wǎng)的至少5倍。時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)支持從系統(tǒng)級(jí)對系統(tǒng)進(jìn)行所有計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源的分區(qū)，支持減少終端系統(tǒng)的數(shù)量，能夠整合分布在多個(gè)控制單元的多個(gè)功能。使得任何電子控制單元(ECU)可以整合實(shí)時(shí)控制功能，且每一個(gè)ECU可以不相沖突地集成許多不同的控制功能。這需要所使用的主干通信網(wǎng)絡(luò)帶寬必須可以確定地分配給不同的分布式控制功能，同時(shí)不會(huì)引起系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整體負(fù)載的波動(dòng)。這是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)無法做到的。

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)交換機(jī)支持TT、RC和BE三種類型消息的通信。

TT消息應(yīng)用時(shí)間觸發(fā)機(jī)制。所有的TT消息在網(wǎng)絡(luò)中按特定的時(shí)間發(fā)送，優(yōu)先級(jí)高于其它所有類型消息。TT消息適用于分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，典型應(yīng)用如線控制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向等快速閉環(huán)控制系統(tǒng)。TT消息用于設(shè)計(jì)和測試確定性分布式系統(tǒng)，所有系統(tǒng)組件的時(shí)間特性都是確定的、可分析和測量的，且時(shí)間精度小于1μs。

RC消息相對時(shí)間觸發(fā)消息，適用于實(shí)時(shí)性要求不那么嚴(yán)格的系統(tǒng)。RC消息保證系統(tǒng)中對應(yīng)每個(gè)物理鏈接的消息帶寬是確定的，時(shí)間延遲不超過預(yù)期的限制范圍。RC消息可用于車輛和航空領(lǐng)域等需要可靠通信和對時(shí)間確定性有一定需求的安全關(guān)鍵系統(tǒng)，通常RC消息還用于多媒體系統(tǒng)。

BE消息采用眾所周知的普通以太網(wǎng)方式，傳輸過程中無法保證是否或何時(shí)成功發(fā)送了消息，延遲以及消息是否被接收節(jié)點(diǎn)成功接收。BE消息優(yōu)先級(jí)低于TT和RC消息，且使用網(wǎng)絡(luò)的剩余帶寬。BE消息的典型應(yīng)用是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，所有對傳輸質(zhì)量要求低的消息(如因特網(wǎng)協(xié)議消息)都可以映射到這一網(wǎng)絡(luò)功能級(jí)別。

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)已在航天器中應(yīng)用，其主要具有以下優(yōu)勢：

(1)兼容性：該技術(shù)兼容了時(shí)間觸發(fā)協(xié)議和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，能夠在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上兼容普通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流和時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流；

(2)高速型：其1000Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率可以滿足未來大容量通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星的總線需求；

(3)確定性：時(shí)間觸發(fā)在設(shè)計(jì)階段就將總線資源的使用與任務(wù)調(diào)度計(jì)劃制定完畢，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在系統(tǒng)預(yù)先定義的時(shí)間段使用資源，不僅可以解決信息傳遞延遲不確定性問題，而且使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證變得簡單、充分；

(4)高可靠性和安全性：時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)失效率小于1×10^-9h^-1，達(dá)到了航空/航天領(lǐng)域D0254安全性認(rèn)證的最高等級(jí)。此外，其總線上的節(jié)點(diǎn)與總線具有可靠的故障隔離邊界，系統(tǒng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效從時(shí)間上和空間上都難以影響系統(tǒng)中其他節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行，能有效避免故障的擴(kuò)散。

但時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)為電纜、光纖，只能應(yīng)用于固定的有限范圍內(nèi)，如飛機(jī)、火箭、戰(zhàn)車、艦船等固定封閉的艙體內(nèi)。

無線光FSO(Free Space Optical)傳輸技術(shù)是一種以自由空間為傳輸信道的光傳輸技術(shù)，其經(jīng)過激光束實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)射和接收。FSO以紅外激光束為載體傳輸數(shù)據(jù)，紅外波段比微波波段更小，更加靈活和方便。FSO系統(tǒng)的工作頻段在300GHz以上，該頻段的應(yīng)用在全球不受管制，可以免費(fèi)使用。FSO系統(tǒng)可傳輸數(shù)據(jù)、視頻、語音等的信息，具有保密性強(qiáng)、傳輸速率高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、帶寬極高、安裝簡便快捷、安全及成本低的特點(diǎn)。它同光纖通信一起可以構(gòu)建高質(zhì)量的通信系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于軍事保密通信、城域網(wǎng)路由保護(hù)和接入、基站連接等。但目前時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)尚未能用于無線光傳輸系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端，其包括時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元，光電/電光變換單元，光放大器和無線光收發(fā)單元，時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元產(chǎn)生符合時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)格式的電信號(hào)，由光電/電光變換單元將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，經(jīng)光放大器放大后，由無線光收發(fā)單元轉(zhuǎn)換為無線光信號(hào)并發(fā)送，接收時(shí)，無線光收發(fā)單元接收無線光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為有線光信號(hào)，經(jīng)光電/電光變換單元將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再送入時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元進(jìn)行處理。

本發(fā)明的另一目的是設(shè)計(jì)一種時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少兩臺(tái)本發(fā)明的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端，終端之間通過無線光信號(hào)連接。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端，其包括時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元，還包括其后依次連接的光電/電光變換單元，光放大器和無線光收發(fā)單元，時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元產(chǎn)生符合時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)格式的電信號(hào)，光電/電光變換單元將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，經(jīng)光放大器放大后，由無線光收發(fā)單元轉(zhuǎn)換為無線光信號(hào)并發(fā)送，接收時(shí)，無線光收發(fā)單元接收無線光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為有線光信號(hào)，直接接入光電/電光變換單元將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送入時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元進(jìn)行處理。

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)過光電/電光變換單元產(chǎn)生符合時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)格式的光信號(hào)，其波長為850nm、758nm、980nm、1310nm和1550nm中的任一種。

無線光傳輸時(shí)1550nm波長的光信號(hào)傳輸效果較好。當(dāng)時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元經(jīng)過光電/電光變換單元產(chǎn)生的光信號(hào)波長為850nm、758nm、980nm和1310nm中的任一種時(shí)，光電/電光變換單元后經(jīng)光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換單元再連接光放大器。光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換單元將光電/電光變換單元產(chǎn)生的850nm、758nm、980nm或1310nm光信號(hào)轉(zhuǎn)換為波長1550nm的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)經(jīng)過光放大器放大，再經(jīng)無線光收發(fā)單元發(fā)送。接收時(shí)，無線光收發(fā)單元接收無線光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為有線光信號(hào)，送入光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換為與光電/電光變換單元一致的波長，再由光電/電光變換單元變?yōu)殡娦盘?hào)送入時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元進(jìn)行處理。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)，包括至少兩臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端，終端之間通過無線光信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交換。

所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端相鄰的相互連接的2個(gè)終端之間的距離為M×(10～10⁵)米，1≤M≤9。

所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)包括N臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端，N＝2～254，各終端通過無線光信號(hào)依次連接成鏈型，根據(jù)需要傳輸?shù)木嚯x選取鏈型網(wǎng)的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)終端臺(tái)數(shù)，N臺(tái)終端的鏈型網(wǎng)傳輸?shù)目偩嚯x為(N-1)×(10～10⁵)米,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交換。

所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)包括N臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端，N＝3～254，各終端通過無線光信號(hào)依次連接、且首尾兩個(gè)終端通過無線光信號(hào)連接，成環(huán)型網(wǎng)，環(huán)型網(wǎng)的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交換，并對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)型雙向保護(hù),增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性和抗毀性。

所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)包括N臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端，N＝4～64，N臺(tái)終端中的1臺(tái)分別與其它各終端通過無線光信號(hào)一一連接成星型，星型組網(wǎng)的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)一點(diǎn)可同時(shí)與多點(diǎn)高速交換數(shù)據(jù)。

所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)包括N臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端，N＝4～64，其中每臺(tái)終端均分別與其它各終端通過無線光信號(hào)一一連接成柵格型。柵格型組網(wǎng)的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)每個(gè)點(diǎn)均可同時(shí)與多點(diǎn)高速交換數(shù)據(jù)，且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)路由柵格型多向保護(hù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端及系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為：1、將時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)與無線光技術(shù)相結(jié)合，使時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)突破有形傳輸介質(zhì)通信的限制，可翻山越嶺傳輸、在江河湖海上遠(yuǎn)距離傳輸，還可實(shí)現(xiàn)地對空、空對空等多種電纜、光纖通信無法完成的通信任務(wù)，大大擴(kuò)展了時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)的應(yīng)用空間；2、由于無需鋪設(shè)電纜、光纖，本系統(tǒng)架設(shè)簡便快捷，成本低；3、適用于符合時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)格式的電信號(hào)，可高速傳輸數(shù)據(jù)、視頻、語音等的信息，通信協(xié)議透明，現(xiàn)有的傳輸協(xié)議均易疊加使用；4、性能卓越，抗干擾能力強(qiáng)、頻帶寬，速率高，容量大，且保密性好；因無線光波束很窄，定向性非常好，并且用戶到集線器之間的鏈路可加密，通信鏈路安全保密性較強(qiáng)，適用于軍隊(duì)保密通信系統(tǒng)及商業(yè)商務(wù)保密通信系統(tǒng)；5、本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端體積較小，適宜機(jī)載、艦載、衛(wèi)星承載等。

附圖說明

圖1為本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例1點(diǎn)對點(diǎn)連接組網(wǎng)示意圖；

圖3為本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例2鏈型組網(wǎng)示意圖；

圖4為本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例3環(huán)型組網(wǎng)示意圖；

圖5為本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例4星型組網(wǎng)示意圖；

圖6為本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例5柵格型組網(wǎng)示意圖。

具體實(shí)施方式

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端實(shí)施例

本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端實(shí)施例如圖1所示，包括依次連接的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元、光電/電光變換單元、光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換單元、光放大器和無線光收發(fā)單元，圖中實(shí)線箭頭表示電信號(hào)連接，虛線箭頭表示光信號(hào)連接，時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元產(chǎn)生符合時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)格式的電信號(hào)經(jīng)過光電/電光變換單元產(chǎn)生波長為850nm的光信號(hào)，接入光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換單元，將光電/電光變換單元產(chǎn)生的光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換為1550nm，光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換單元后連接光放大器，將轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)放大，接入無線光收發(fā)單元轉(zhuǎn)換為無線光信號(hào)并發(fā)送。接收時(shí)，無線光收發(fā)單元接收無線光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為有線光信號(hào)，送入光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換為波長850nm的光信號(hào)，經(jīng)過光電/電光變換單元轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再送入時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)單元進(jìn)行處理。

光電/電光變換單元產(chǎn)生的光信號(hào)波長為758nm、980nm和1310nm時(shí)，所用時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端與本例相同。光電/電光變換單元產(chǎn)生的光信號(hào)波長為1550nm時(shí)，所用時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端可省去光信號(hào)波長轉(zhuǎn)換單元。

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例1

本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例1如圖2所示，包括2臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端實(shí)施例的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端1和2，二終端之間通過無線光信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交換。

本例2臺(tái)時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端之間的距離為2000米，通過調(diào)整光放大器的增益和無線光收發(fā)單元的器件，調(diào)節(jié)傳輸距離，最高可達(dá)數(shù)百公里。

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例2

本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例2如圖3所示，3臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端實(shí)施例的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端1～3依次連接成鏈型，各終端相互之間通過無線光信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交換?？筛鶕?jù)需要傳輸?shù)木嚯x增加鏈型網(wǎng)的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)終端臺(tái)數(shù)。

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例3

本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例3如圖4所示，4臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端實(shí)施例的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端1～4依次連接、且首尾兩臺(tái)終端連接，成環(huán)型網(wǎng)，相互之間通過無線光信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交換和數(shù)據(jù)路由環(huán)型雙向保護(hù)。

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例4

本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例4如圖5所示，包括5臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端實(shí)施例的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端1～5，其中時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端1為中心，分別與時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端2～5一一連接成星型，時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端1與其它終端之間通過無線光信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高數(shù)交換。

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例5

本時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸系統(tǒng)實(shí)施例5如圖6所示，包括4臺(tái)上述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端實(shí)施例的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)無線光傳輸終端1～4，其中每臺(tái)終端均分別與其它3臺(tái)終端連接成柵格型，各終端之間通過無線光信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交換和數(shù)據(jù)路由柵格型多向保護(hù)。

上述實(shí)施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。