一種基于光纖的廣播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

龔文濤

0 引言

隨著信息技術(shù)不斷深入的發(fā)展，信息化越來(lái)越深入影響著社會(huì)的方方面面，教育行業(yè)信息化工程的進(jìn)程也隨著科技的進(jìn)步不斷深入發(fā)展和深入建設(shè)。在高校信息化技術(shù)應(yīng)用不斷深入的發(fā)展同時(shí)，高校廣播網(wǎng)也迎來(lái)了新發(fā)展、大發(fā)展，發(fā)展趨勢(shì)主要有越來(lái)越數(shù)字化、越來(lái)越網(wǎng)絡(luò)化、越來(lái)越智能化的方向[1-3]。

傳統(tǒng)校園的廣播網(wǎng)組網(wǎng)的模式主要有如下三種：

第一種是基于音頻有線定壓（定阻）傳輸方式，其優(yōu)點(diǎn)是布設(shè)終端成本底，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是布設(shè)點(diǎn)位多，需要將點(diǎn)位密集布設(shè)到終端的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)充性不足[4-5]。

第二種是基于無(wú)線調(diào)頻傳輸方式，優(yōu)點(diǎn)是施工成本低廉，無(wú)需敷設(shè)終端線纜，可實(shí)現(xiàn)多路廣播，缺點(diǎn)是其需要擠占空間頻率資源，需要得到上級(jí)無(wú)線電管理部門(mén)的相關(guān)批準(zhǔn)的頻率空間，且其因?yàn)槿菀资艿酵饨绲母蓴_，故此可靠性低。

第三種是基于有線調(diào)頻傳輸?shù)姆绞剑湟劳杏芯€電視同軸共纜頻分復(fù)用技術(shù)來(lái)傳輸，優(yōu)點(diǎn)可完成多路同時(shí)傳輸，使得其擴(kuò)展性較好，而且終端音箱配置要求低，依托普通的電平即可。綜合各種模式的特點(diǎn)，依據(jù)不同需求選擇不同的架構(gòu)模式和組網(wǎng)方式，而隨著校園廣播新的需求和發(fā)展模式的不斷升級(jí)，其要求和校園多媒體及校園網(wǎng)融合為一，相互獨(dú)立而由融為一體，依托學(xué)校網(wǎng)絡(luò)和光纖資源來(lái)組建新的校園廣播網(wǎng)是未來(lái)一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)[6]。

光纖網(wǎng)絡(luò)是依托光在特定的介質(zhì)（諸如玻璃或者塑料制作的纖維）中的依托光的全反射原理而將其變?yōu)楣庑畔⒌膫鲗?dǎo)鏈路，進(jìn)而將光信息傳輸至企業(yè)或者家庭等接入機(jī)房中，然后再依托交換機(jī)或者路由器或者其他終端設(shè)備將其轉(zhuǎn)化為普通的支持RJ45接口的網(wǎng)線，進(jìn)而連接到普通電腦上。依托光纖網(wǎng)來(lái)組建園區(qū)網(wǎng)或者校園網(wǎng)[6]，是近期發(fā)展迅猛且常見(jiàn)的應(yīng)用技術(shù)。

光傳輸信號(hào)相比傳統(tǒng)的同軸電纜傳輸其有諸多優(yōu)點(diǎn)[6]：

首先是光纖傳輸質(zhì)量損耗低，據(jù)曾計(jì)算，在依托同軸電纜組建網(wǎng)絡(luò)中，其在傳輸 800MHz的信號(hào)過(guò)程中，每傳輸1000米的損耗都達(dá)到40dB以上。而依托光纖的傳輸網(wǎng)絡(luò)，其若依托波長(zhǎng)為1.55μm的光介質(zhì)，每1000米的損耗可降至0.2dB。

其次是光纖的重量輕，常見(jiàn)傳輸光纖非常纖細(xì)，以單模光纖為例，其光纖芯線半徑一般為2μm至5μm，而其外徑也只有125μm左右，就算加上外面的防護(hù)層，諸如防水層和加強(qiáng)筋及護(hù)套等物件，其最終的多路聚合光纖總體直徑還是非常小的，例如常見(jiàn)的48芯光纖的最后光纜直徑還不到13mm，比常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的直徑47mm要細(xì)的多。

最后是其傳輸可靠性高，其傳輸只傳輸光信息，不導(dǎo)電，則其不受電磁場(chǎng)的影響，故其對(duì)工業(yè)中各種常見(jiàn)的電磁干擾抵御能力很強(qiáng)，不容易被竊聽(tīng)，傳輸安全性高。

本文針對(duì)高校廣播網(wǎng)的新發(fā)展趨勢(shì)，提出了一種基于光纖的高校廣播網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分析和總結(jié)了光纖傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，分析和總結(jié)了常見(jiàn)光纖接口模塊及特點(diǎn)，給出了廣播網(wǎng)的架構(gòu)及組網(wǎng)的配置要點(diǎn)。

1 廣播網(wǎng)功能和設(shè)計(jì)需求

1.1 廣播網(wǎng)功能概述

校園廣播作為高校重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其主要全校的各種重要作用：

校園活動(dòng)宣傳：對(duì)學(xué)校各種重要學(xué)術(shù)和科技活動(dòng)的宣傳；各種重要通知：播送學(xué)校行政和管理部門(mén)下發(fā)的各種通知；播放新聞：傳遞國(guó)內(nèi)外和校內(nèi)外的實(shí)時(shí)新聞；播放午間音樂(lè)：豐富學(xué)校廣大師生業(yè)余生活，部分學(xué)校廣播臺(tái)還具備了點(diǎn)歌臺(tái)的功能，進(jìn)一步豐富校園學(xué)習(xí)和生活；總而言之，學(xué)校的廣播起著傳播聲音，傳遞文明的重任。

1.2 廣播網(wǎng)組網(wǎng)新需求

依托園區(qū)網(wǎng)和高校網(wǎng)的迅猛發(fā)展，對(duì)廣播網(wǎng)也有如下要求：

數(shù)字化發(fā)展需求：要求廣播網(wǎng)中的信息能夠從傳統(tǒng)的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變，要求傳統(tǒng)的基于模擬信號(hào)傳輸?shù)膹V播網(wǎng)要滿足數(shù)字信號(hào)的兼容。

擴(kuò)展性發(fā)展需求：要求廣播網(wǎng)能夠迅速擴(kuò)容，將其網(wǎng)絡(luò)布設(shè)到學(xué)生區(qū)域、辦公區(qū)域及教學(xué)區(qū)域，能夠迅速地將廣播網(wǎng)擴(kuò)展到新蓋的樓宇中。

高可靠性運(yùn)行需求：要求廣播網(wǎng)能夠不受外界干擾，能夠獨(dú)立安全地運(yùn)行，能夠滿足學(xué)校管理部門(mén)宣傳工作所需。

低成本維護(hù)需求：要求廣播網(wǎng)能夠以低成本維護(hù)，能夠低成本推廣和管理。

1.3 光纖接口分類(lèi)

要依托光纖傳輸，首先要明確光纖接頭（optical fiber splice）的概念，光纖接頭是將兩根相對(duì)分離的光纖永久地或者可分離開(kāi)地聯(lián)結(jié)在一起，讓光信號(hào)能夠順利地在其中傳輸，并達(dá)到保護(hù)光纖的接續(xù)部分的目的。

依據(jù)尾纖的連接器型號(hào)來(lái)劃分，常見(jiàn)的光纖接口主要有FC、LC及ST和SC等接口如圖1所示：

圖1 光纖接口圖

FC接口圓形帶螺紋接頭，其接頭是金屬接頭，且其優(yōu)點(diǎn)是可插拔次數(shù)比塑料要多。LC接口是小的方形塑料口，其一般接在光模塊上。ST接口的外殼為圓形，固定方式為螺絲扣。且操作使用相對(duì)麻煩，需要將接頭插入后旋轉(zhuǎn)找到卡口來(lái)固定，且易折斷。

SC接口是外殼為大頭矩形，內(nèi)部依托插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)，其緊固方式為插拔銷(xiāo)閂式，無(wú)需旋轉(zhuǎn)。

2 基于光纖的廣播網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 廣播網(wǎng)布局規(guī)劃

針對(duì)前面章節(jié)提到的廣播網(wǎng)各種設(shè)計(jì)功能需求和光纖優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合某高校樓宇分布和安裝要求，對(duì)其規(guī)劃如下：

需要對(duì)學(xué)校的所有核心辦公區(qū)域、教學(xué)區(qū)域及學(xué)生區(qū)域覆蓋廣播網(wǎng)，其光電收發(fā)池的匯聚點(diǎn)在辦公樓核心機(jī)房，下面輻射的匯聚點(diǎn)主要有本科生學(xué)19匯聚、研究生2號(hào)樓匯聚、體育館辦公匯聚、辦公樓工科 B座匯聚、教學(xué)樓文理機(jī)房匯聚等。

要求依托光纖將上述各個(gè)主要節(jié)點(diǎn)打通，光纖數(shù)量和質(zhì)量要保證，傳輸?shù)乃p值要-20dbm以?xún)?nèi)，光纖種類(lèi)和接口適合各種光纖接口，且在辦公樓的核心機(jī)房放置光電收發(fā)設(shè)備。

2.2 光纖種類(lèi)選取

目前校園網(wǎng)在用的主要有兩種光纖，依據(jù)傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)來(lái)劃分，一種是多模光纖，常見(jiàn)傳輸波長(zhǎng)為850nm，優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是傳輸距離有限；另一種是單模光纖，常見(jiàn)的波長(zhǎng)是1310nm，優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，缺點(diǎn)是造價(jià)成本高。

上述兩種光纖的跳線可以從外表來(lái)區(qū)分：多模光纖的跳線顏色為橘紅色，而多模光纖的跳線顏色多為黃色。

綜合單模光纖和多模光纖的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合校園網(wǎng)中廣播網(wǎng)傳輸距離遠(yuǎn)的需求，選取傳輸距離遠(yuǎn)的單模光纖為傳輸媒介。

2.3 廣播網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

廣播網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示：

圖2 廣播網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

在圖2中，各個(gè)匯聚點(diǎn)通過(guò)單模光纖互通，廣播網(wǎng)的匯聚點(diǎn)橫跨了校園網(wǎng)的各個(gè)區(qū)域，包括辦公區(qū)：主要有體育館匯聚及工科樓 B座匯聚；教學(xué)區(qū)：主要有文理樓匯聚和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)樓，及學(xué)生區(qū)：學(xué)19主控室和研究生2號(hào)樓匯聚。

廣播網(wǎng)的服務(wù)器端設(shè)置在學(xué)19的主控室，通過(guò)光纖將各個(gè)匯聚互聯(lián)到廣播網(wǎng)的光電收發(fā)池里，再通過(guò)網(wǎng)線連接到廣播網(wǎng)的核心交換機(jī)上。

2.4 廣播網(wǎng)光纖配線架配置

在圖文中心的核心機(jī)房中敷設(shè)了廣播網(wǎng)的光電收發(fā)池和匯聚交換機(jī)，兩者互聯(lián)，其效果如圖3所示：所有廣播網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的光纖最終要通過(guò)光電收發(fā)池互聯(lián)到匯聚的交換機(jī)中，完成信息的轉(zhuǎn)發(fā)。

圖3 實(shí)現(xiàn)效果圖

廣播網(wǎng)光電收發(fā)池通過(guò)光纖將各個(gè)匯聚點(diǎn)互聯(lián)起來(lái)，要求是光纖鏈路數(shù)為2芯，光纖的衰減在-20dbm以?xún)?nèi)。為完成廣播網(wǎng)的光纖部署，需要依托光跳線將各個(gè)接入?yún)R聚的子接口打通，主要光纖接口為FC口，每個(gè)接入點(diǎn)選擇兩芯衰耗小的單模光纖。

具體的單模光纖配線情況如下：

圖文中心到研究生2號(hào)公寓匯聚的熔接箱是N4F機(jī)柜的第4排11口和第12口，衰減均在-20dbm以?xún)?nèi)。

圖文中心到文理樓機(jī)房匯聚的熔接箱是第 N6E機(jī)柜的第4排10口和第11口，衰減均在-20dbm以?xún)?nèi)，接口類(lèi)型為FC，光纖跳線為單模。

從圖文中心到基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)樓的熔接箱是第N7B機(jī)柜的第5排的第2口和第4口，衰減均在-20dbm以?xún)?nèi)，接口類(lèi)型為ST，光纖跳線為單模。

從圖文中心到體育館東匯聚的熔接箱是第N7D機(jī)柜的第4排的第9口和第10口，光纖跳線是ST，光纖跳線為單模。

其他匯聚點(diǎn)類(lèi)似，不再贅述。

3 總結(jié)

針對(duì)校園網(wǎng)中廣播網(wǎng)的新發(fā)展和新需求，提出了一種基于光纖的廣播網(wǎng)架構(gòu)，分析和總結(jié)廣播網(wǎng)的功能及特點(diǎn)，分析和總結(jié)了光纖傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)及特性，結(jié)合需求，提出了以光纖傳輸來(lái)替代傳統(tǒng)的傳輸介質(zhì)的組網(wǎng)方案。

本文詳細(xì)分析和總結(jié)了常見(jiàn)的光纖接口種類(lèi)，單模光纖和多模光纖的優(yōu)缺點(diǎn)，最后給出了廣播網(wǎng)的具體實(shí)施流程。

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