基于物理层的以太网光纤收发器的维护与管理

基于物理层的以太网光纤收发器的维护与管理

0光纤收发器管理模式通过光纤访问网络是随着带宽通信的发展而被广泛使用的一种新兴的接入网技术。基于电报的网络数据只能通过五个非屏蔽双束线的距离传输约100米。在长距离网络应用中，传统的基于太阳光发射的透射发射器通常可以扩展访问距离。数据采集是一种将数据采集方法和光刻信源转换为光束发射器的设备。rj45接口可以转换为光纤接口，以便通过光纤实现长距离通信。然而，使用太阳光发器的应用，使网络结构更加复杂。网络路径分为三个物理路径。当通信中断时，需要测试和诊断整个供应链中的故障原因和错误位置，网络维护既方便又快捷。因此，光纤收发器的维护、管理和控制问题越来越突出。目前光纤收发器的管理模式可分为三种:(1)基于物理层的管理方式,其工作原理主要是通过远端故障的映射,推断出远端收发器的物理通断状态.当远端收光纤出现问题时,远端收发器的收光口不能够收到数据流,此时发端发出一个映射信号告知局端,从而判断远端收光纤出现故障;而当远端发光纤出现故障时,局端收光口收不到远端发数据流,局端迅速获知远端发光纤出现故障.同样,当远端光纤收发器电端口RJ45未接好时,发端也能发送一个映射状态告知局端,判知远端电口出错.(2)基于数据链路层的管理技术,主要是在标准的以太网帧结构中加入一些控制信息,由于要改变以太网帧结构,兼容性差,使用较少.(3)基于网络层(SNMP)的管理技术.其实质是将IP互联网高端交换机的网络管理技术移植到了光纤收发器中,将各种数据依据SNMP协议在管理者与被管理设备之间传递.这种管理技术先进,但是结构复杂,成本较高.鉴于光纤收发器故障定位的重要性,在充分比较上述三种管理方式后,提出了一种基于物理层的光纤收发器远程管理方法,利用单片机的控制功能,让光纤收发器自动检测和报告所在网络链路上的故障信息,使维护人员在网络链路的一侧就能判断链路是否发生故障以及故障的可能原因和地点,改善网络维护的效率和成本.与通常意义上的基于物理层的方案相比,本方法利用C51系列单片机的I/O口的高低电平来指示故障情况,成本更低,控制更方便.1问题报告技术这里提出的差错指示方法的思路是在光纤收发器设备中增加控制电路,用于对以太网的电接口和光接口的工作状态进行检测和控制,实现故障指示功能.控制电路通过连接状态LINK信号与以太网电接口电路相连,通过光信号检测SD和禁止发送TX_DIS信号与以太网光接口电路相连,对RJ45接口的网络连接状态和光纤接口的光信号接收状态进行实时检测,并根据检测结果报告链路的工作状态.该控制电路以MCS51单片机为主要器件,借助C51单片机的3个IO引脚分别与以太网电接口电路的LINK脚、以太网光接口电路的禁止发送TX_DIS脚和光信号检测SD脚相连接,并通过显示电路对当前的故障状态进行显示.控制电路工作方式为:若光纤接口接收不到光信号,则指示本设备接收光纤故障,并通过发送光纤向对端报告本设备接收光纤故障信息,若RJ45接口无连接,则指示本设备电接口故障,并通过发送光纤报告本设备电接口故障信息,若从接收光信号中收到远端设备的接收光纤故障信息,则指示本设备发送光纤故障信息,若从接收光信号中收到远端设备的电接口故障信息,则指示远端设备电接口故障信息,若无上述故障,则指示正常工作状态,控制电路通过控制光纤发送电路的工作状态实现本设备故障信息向对端设备的报告.在这种以太网光纤收发器故障指示技术中采用了检测优先级机制:本地接收光纤故障检测优于本地发送光纤故障检测,本地发送光纤故障检测优于远端电口故障检测,即若有多于一个故障发生,只检测最高优先级的故障;对故障的报告采用优先级机制:本地接收光纤故障的报告优于本地电口故障的报告,即若有多于一个故障需报告,只报告最高优先级的故障.这种差错指示实现的优点是:增加的控制电路比较简单,实现方便;发送电路报告故障信息只发生在链路有故障的情况下,不影响链路的正常工作,不占用链路的有效带宽;一旦整条链路的任一段出现故障,都能在相关的任一设备上及时告警,并确定最可能的故障位置,极大地方便了网络的维护工作.同时,使用本方法的设备与未使用本方法的设备仍能正常通信,有利于网络的平滑升级.实现原理如图1所示,RJ45插座是以太网电气接口的连接件,实现以太网电接口电路与外部网络电缆的电气连接;以太网电接口电路实现以太网数据基于双绞线电缆的发送和接收,可以产生LINK指示信号,LINK为1时表示电气连接正常,LINK为0时表示电气连接故障,LINK信号与单片机控制电路相连接.光收发模块是以太网光接口的连接件,完成信号的光电转换功能,可以产生SD指示信号,SD为1时表示从接收光纤接收到光信号,SD为0时表示从接收光纤接收不到光信号,还接受TX_DIS控制信号对光发送电路进行控制,TX_DIS为1时表示禁止向发送光纤发送光信号,TX_DIS为0时表示允许向发送光纤发送光信号,本方法中SD和TX_DIS与也与单片机控制电路相连接.LINK状态为0可能为网络电缆断损或接触不良引起;SD为0可以认为是接收光纤断损或远端设备光发送电路不工作等故障引起.由对SD和TX_DIS的描述可知,本地设备与远端设备通过光纤相连接时在其它部分均正常的情况下,若本地(或远端)的TX_DIS为0,会引起远端(或本地)的SD为1;若本地(或远端)的TX_DIS为1,会引起远端(或本地)的SD为0;若本地(或远端)的TX_DIS为以f为频率的低频脉冲,会引起远端(或本地)的SD为以f为频率的低频脉冲.本差错指示方法控制电路的逻辑框图如图2所示,MCS51的3个IO引脚P1.0、P1.1和P1.2与上文提到的LINK、TX_DIS和SD相连接,通过读取或控制这些IO腿来达到管理的目的.本地设备可以检测到的故障和检测方法如表1所示.本地设备能够向对端设备报告的故障和报告方法如表2所示.控制电路的工作流程如图3所示.在图3中,需说明的情况如下:(1)当前故障清零,采集LINK和SD的信号波形;(2)若LINK为连续0,则记录本地电口故障,否则记录本地电口正常;(3)若本地电口故障,判断SD信号波形;(4)如果SD连续为0,记录本地接收光纤故障;若为5Hz脉冲,则记录远端电口故障;若为10Hz脉冲,则记录本地发送光纤故障;若为连续1,则驱动TX_DIS连续为0;(5)若本地发送光纤故障,则驱动TX_DIS连续0,否则判断本地接收光纤故障;(6)如果本地接收光纤故障判断,是驱动TX_DIS为10Hz脉冲,否则判断本地电口故障;(7)若本地电口故障,则驱动TX_DIS为5Hz脉冲;否则驱动TX_DIS连续0;(8)显示当前故障状态(即显示设备是正常工作还是有故障发生,若有故障发生则同时指示故障类型和故障位置),同时故障清零,采集LINK和SD的信号波形,进入下一轮循环。控制电路为本实现方法的核心模块,控制电路用于对以太网的电气接口和光接口的工作状态进行检测和控制,实现故障指示功能;通过LINK信号与以太网电接口电路相连,通过SD和TX_DIS与以太网光接口电路相连,实