ОБЪЕДИНЕННАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СЕТЬ

Заявляемая полезная модель относится к волоконно-оптическим системам передачи, в частности, к волоконно-оптическим сетям с временным разделением сигналов и может быть использовано для организации последовательных мультиплексных каналов обмена данными.
Известна локальная волоконно-оптическая сеть (см. В.П.Климов. - Проектирование бортовых мультиплексных каналов информационного обмена. - М.: изд-во МАИ, 1993 г., стр.161, 162)., содержащая N терминалов с оптическими приемником и передатчиком каждый, и шину обмена данными в виде световодной петли, в первую и вторую ветви которой включены первыми входными и выходными портами по (N-1) направленных оптических ответвителей, первый терминал связан с шиной через начало и конец световодной петли, а второй и последующие терминалы связаны с шиной соответственно через вторые входные порты первого и последующих, в порядке их размещения вдоль шины, ответвителей в первой и второй ветвях петли, причем все передатчики терминалов связаны с первой ветвью петли, а все приемники - со второй ветвью петли. Все ответвители имеют равные коэффициенты ответвления в шину.
Недостатком известной локальной волоконно-оптической сети является отсутствие у нее входных и выходных портов, позволяющих наращивать (каскадировать) локальные сети в объединенную сеть. Кроме того, в известной сети имеет место большой перепад мощностей оптических сигналов, подводимых к приемникам терминалов от передатчиков, размещенных в начале и конце шины, из-за разного уровня потерь оптической мощности при прохождении сигнала вдоль шины на ответвителях с равными коэффициентами ответвления. Также из-за потерь на ответвления приемники, размещенные в начале и конце шины, находятся в существенно различных условиях приема по минимальному уровню подводимых мощностей. Эти потери исключить или снизить принципиально невозможно, так как они обеспечивают работоспособность пассивной шины. Кроме того, данное решение очень ограничено в возможном количестве подключенных в цепочку терминалов из-за пропорционального количеству терминалов росту затухания сигнала в оптических ответвителях.
Известна объединенная сеть (см. патент RU №2159509, МПК Н04В 10/12, опубликован 20.11.2000), полученная каскадированием локальных
волоконно-оптических сетей с топологией «звезда». Связи между локальными сетями выполнены магистральными волоконно-оптическими линиями.
Недостатком известной сети является отсутствие в сети полносвязности, когда нет прямой связи между любыми двумя ее локальными сетями. Следствием чего является низкая надежность сети, так как нарушение связи любой из магистральных линий приводит к нарушению функционирования сети в целом. Мощность оптического сигнала в случае обмена данными между терминалами разных локальных сетей падает в N раз (где N - число терминалов в локальной сети) на каждом «перегоне» от одной локальной сети к другой. Последнее ограничивает число объединяемых локальных сетей с пассивными связями между ними.
Известна волоконно-оптическая сеть (см. патент US №5404241, МПК Н04В 9/00, опубликован 04.04.1995), включающая М локальных волоконно-оптических сетей, связанных между собой входными и выходными портами, связи выполнены магистральными волоконно-оптическими линиями. Локальные сети выполнены по топологии «звезда» с оптическим разветвителем N×N, состоящим из оптических ответвителей (1×2) и (2×2), подключенным таким образом, что каждый вход оптически соединен с каждым выходом. При этом выходы N терминалов подключены к соответствующим N входам оптического разветвителя, а входы N терминалов подключены к соответствующим N выходам оптического разветвителя. В магистральные линии включены оптические усилители.
Недостатком известной волоконно-оптической сети является сложность оптических разветвителей из-за большого количества ответвителей (1×2) и (2×2), необходимых для обеспечения полносвязности (оптического соединения каждого входа с каждым выходом), что обусловливает большую стоимость и габариты оптического разветвителя и низкую надежность сети. Например, для оптических разветвителей N=3 требуется 6 ответвителей 1×2, для N=5 требуется 15 ответвителей (1×2) и (2×2), а для N=8 требуется 40 ответвителей (1×2) и (2×2).
Известна объединенная волоконно-оптическая сеть (см. патент RU №2259635, МПК Н04В 10/12, опубликован 2003), совпадающая с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Объединенная волоконно-оптическая сеть-прототип включает М локальных волоконно-оптических сетей, связанных между собой входными и выходными портами, связи выполнены магистральными волоконно-оптическими линиями. Каждая локальная сеть содержит N терминалов, каждый
с оптическими приемником и передатчиком, и шину обмена данными в виде световодной петли, в первую и вторую ветви которой включены первыми входными и выходными портами по (N-1) направленных оптических ответвителей, первый терминал связан с шиной через начало и конец световодной петли, а второй и последующие терминалы соответственно через вторые входные порты первого и последующих в порядке их размещения вдоль шины ответвителей в первой и второй ветвях петли, причем все передатчики терминалов связаны с первой ветвью петли, а все приемники связаны со второй ветвью петли, а также по меньшей мере одна пара световодных линий, в которые включены первыми входными и выходными портами направленные оптические ответвители, линии первой пары содержат по (N-2) ответвителя, а линии каждой последующей пары содержат на один ответвитель меньше, чем линии предыдущей пары, первая линия первой пары связана с первой ветвью световодной петли, а вторая линия со второй ветвью петли, первая и вторая линии каждой последующей пары связаны соответственно с первой и второй линией предыдущей пары, при этом начала первой и второй линий первой пары соединены со вторыми выходными портами первых ответвителей соответственно в первой и второй ветвях петли, а первые и последующие ответвители соединены в порядке их размещения в линиях вторыми входными портами со вторыми выходными портами второго и последующих ответвителей в первой и второй ветвях петли соответственно, начала первой и второй линий каждой последующей пары соединены со вторыми выходными портами первых ответвителей соответственно в первой и второй линиях предыдущей пары, а первый и последующие ответвители в линиях соединены в порядке их размещения в линиях вторыми входными портами со вторыми выходными портами второго и последующих ответвителей соответственно в первой и второй линиях предыдущей пары, концы первых линий являются выходными портами сети, а концы вторых линий ее входными портами. Локальные сети в связаны между собой так, что каждая локальная сеть соединена с каждой другой из (М-1) локальных сетей, при этом с одной локальной сетью она соединена по крайней мере одним входным и одним выходным портами, а ее R выходных портов соединены с ее R входными портами, где R=0, 1, 2,... В каждой линии и ветвях петли локальной сети ответветвители от первого к последнему выполнены с убыванием коэффициентов передачи из первого входного во второй выходной порты и из второго входного в первый выходной порты.
Известная объединенная волоконно-оптическая сеть-прототип характеризуется низкой надежностью и высокой стоимостью из-за большого количества пространственно разнесенных друг от друга оптических ответвителей, что требует соответственно большого количества оптических соединителей, что еще больше снижает надежность, повышает затухание оптического сигнала, стоимость и сложность монтажа и эксплуатации.
Задачей заявляемого технического решения являлась создание такой объединенной волоконно-оптической сети, которая бы обладала повышенной надежностью, невысокой стоимостью и обеспечивала полносвязность в объединенной сети, при которой каждый терминал имеет оптическую связь с любым терминалом любой локальной сети, и при этом существенно сокращается требуемое количество оптических ответвителей и оптических соединителей.
Поставленная задача решается тем, что объединенная волоконно-оптическая сеть включает 2М магистральных волоконно-оптических линий оптические ответвители (2×2), и М локальных волоконно-оптических сетей (ЛВОС), каждая содержит N терминалов, каждый с оптическими приемником и передатчиком, и шину обмена данными в виде световодной петли, в первую и вторую ветви которой включены первыми входными и выходными портами по (N-1) оптических ответвителей (2×2), первый терминал связан с шиной через начало и конец световодной петли, а второй и последующие терминалы соответственно через вторые входные порты первого и последующих в порядке их размещения вдоль шины ответвителей (2×2) в первой и второй ветвях петли, причем все передатчики терминалов связаны с первой ветвью петли, а все приемники связаны со второй ветвью петли. При этом, в отличие от прототипа, в заявляемой сети  оптических ответвителей (2×2) соединены в блок ответвителей каскадно по топологии «звезды» со шлейфами, причем выводы центрального симметричного оптического ответвителя - первого каскада подключены к первым выходам оптических ответвителей второго каскада, входы ответвителей второго и последующих каскадов подключены к первым выходам соответственно третьего и последующих каскадов, вторые выходы второго и последующих каскадов попарно объединены в шлейф, а входы последнего каскада через соответствующие 2М магистральных волоконно-оптических линий подключены ко вторым выходам (N-1) оптических ответвителей первой и второй ветвях петли соответствующих локальных волоконно-оптических сетей.
Ответвители в блоке ответвителей могут быть выполнены с убыванием коэффициентов ответвления оптического сигнала в шлейф в гармонической последовательности.
Пространственно неразнесенные ответвители, соединенные в «звезду» со шлейфами, позволяют объединить их в один блок, используя сварные соединения оптических волокон, что еще более сокращает число оптических соединителей, повышает надежность сети, снижает стоимость и затухание оптического сигнала, и упрощает монтаж и обслуживание сети. Например, для построения объединенной сети из восьми локальных сетей по 4 терминала в прототипе потребуется 160 ответвителей, а в предлагаемом решении всего 57 ответвителей. Количество оптических соединителей сокращается в 3-4 раза.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 показана объединенная волоконно-оптическая сеть, в которой блок оптических ответвителей каскадно соединен по топологии «звезды» со шлейфами для объединения восьми локальных сетей в объединенную сеть;
на фиг.2 изображена ЛВОС с одним входным и одним выходным портами.
1
2
3
8
1
2
3
8
1
2
3
8
k
k-1
1
2
3
2
3
1
2
3
1
м
1
м
1
8
1
8
N-1
N-1
i
i
i
j
j
i
j
Объединенная волоконно-оптическая сеть (ОВОС) (см. фиг.1) включает М ЛВОС (на чертеже показано М=8), 1, 1, 1,...1,...2М магистральных волоконно-оптических линий (на чертеже показано 2М=16) 2, 2, 2,...2 и 3, 3, 3,...3 и блок оптических ответвителей 4, содержащий оптические ответвители (2×2)5, которые соединены в k каскадов по топологии «звезды» со шлейфами 6 (на чертеже показано 3 каскада). При этом  . Например, при k=3 к ОВОС можно подключить максимум 8 ЛВОС, при k=4 - максимум 16, и т.д. При этом выводы центрального симметричного оптического ответвителя 5 первого каскада подключены к первым выходам оптических ответвителей 5 второго каскада, входы ответвителей второго и последующих каскадов подключены к первым выходам оптических ответвителей 5 третьего каскада и ответвителей (2×2) последующих каскадов, а вторые выходы оптических ответвителей 5; второго каскада, оптических ответвителей 5 третьего каскадов и ответвителей (2×2) последующих каскадов попарно объединены соответственно шлейфами 6 и 6, а входы ответвителей последнего (на фиг.1 третьего каскада 5) через соответствующие 2М магистральных волоконно-оптических линий 2-2 и 3-3 (в данном примере 2-2 и 3-3) подключены ко вторым выходам оптических ответвителей 7 и 8 (где N - число терминалов) ветви 9 и ветви 10 петли соответствующих ЛВОС 1 (где i=1, 2, 3,...М). При этом передатчики 11 (где j=1, 2, 3,...N) всех терминалов 12 любой ЛВОС 1(см. фиг.2) имеют оптическую связь с приемниками 13 всех
j
j-1
j-1
i
k
k-1
j-1
j-1
i
терминалов 12 внутри ЛВОС 1i через оптические ответвители 7, 8 и шлейф 14 а также с приемниками любого из терминалов других ЛВОС через ответвители 5 и шлейфы 6 блока оптических ответвителей 4 и ответвители 7, 8 других локальных сетей 1. Таким образом, обеспечивается полносвязность всех терминалов друг с другом. Это позволяет использовать предлагаемое решение для передачи информации по известному протоколу обмена данными, например по ГОСТ 26765.52-87 (в заявке не рассматривается). При этом функцию центрального контроллера (резервных центральных контроллеров) объединенной сети может выполнять любой из терминалов любой локальной сети.
Для минимизации и выравнивания затухания оптического сигнала в ответвителях в оптических связях между любыми терминалами применяются ответвители с различными коэффициентами ответвления.
j-1
j-1
В локальных сетях коэффициенты ответвления ответвителей 7 и 8 в терминалы, как и в прототипе, равны 1/(j+1).
В блоке оптических ответвителей коэффициенты ответвления в шлейф постоянны в пределах каскада и убывают с повышением номера каскада k и равны 1/(k+1).
1k
1
j
j
j-1
j-1
k
k-1
1
4
1
4
j-1
2
8
j
j
Работает объединенная волоконно-оптическая сеть (см. фиг.1) следующим образом. Оптическое излучение от передатчика одного из терминалов, например, 12 ЛВОС, например, 1 поступает на вход приемников 13 всех терминалов 12 этой локальной сети через ответвители 7, шлейф 14 и ответвители 8, а также через ответвители 5 шлейфы 6, магистральные волоконно-оптические линии 2-2, 3-3 и ответвители 7 локальных сетей 1-1 на вход приемников 11 всех терминалов 12 этих ЛВОС. Аналогичным образом проходят оптические излучения ответных сигналов передатчика любого из терминалов объединенной волоконно-оптической сети. Аналогичным образом осуществляется передача оптических излучений между любой парой терминалов по протоколам передачи с разнесением по времени, например, по ГОСТ 26765.52-87.