[發明專利]一種時間觸發以太網無線光傳輸終端及系統

在審

• 申請號: 201611074740.5
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106788733A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 曾智龍;吳斌;羅廣軍;張鳳軍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十四研究所;桂林大為通信技術有限公司;桂林信通科技有限公司
• 主分類號: H04B10/25
• 分類號: H04B10/25;H04B10/2575;H04B10/40;H04B10/50;H04B10/67
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司45107
• 代理人: 歐陽波

技術領域

本發明涉及時間觸發以太網(Time-Triggered Ethernet，TTEthernet)技術，具體為一種時間觸發以太網無線光傳輸終端及系統。

背景技術

時間觸發以太網是在標準以太網基礎上實現時間觸發網絡協議，在網絡系統中建立一個全局統一的時鐘，終端之間的通信基于全局時間來進行，其數據傳輸率最高可達1000Mbit/s。由于時間觸發以太網采用基于時間觸發的報文發送方式，數據傳輸過程中不會有報文沖突和丟幀，因此其帶寬利用效率是普通以太網的至少5倍。時間觸發以太網支持從系統級對系統進行所有計算和網絡資源的分區，支持減少終端系統的數量，能夠整合分布在多個控制單元的多個功能。使得任何電子控制單元(ECU)可以整合實時控制功能，且每一個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絡帶寬必須可以確定地分配給不同的分布式控制功能，同時不會引起系統網絡整體負載的波動。這是標準以太網無法做到的。

時間觸發以太網交換機支持TT、RC和BE三種類型消息的通信。

TT消息應用時間觸發機制。所有的TT消息在網絡中按特定的時間發送，優先級高于其它所有類型消息。TT消息適用于分布式實時控制系統，典型應用如線控制動和線控轉向等快速閉環控制系統。TT消息用于設計和測試確定性分布式系統，所有系統組件的時間特性都是確定的、可分析和測量的，且時間精度小于1μs。

RC消息相對時間觸發消息，適用于實時性要求不那么嚴格的系統。RC消息保證系統中對應每個物理鏈接的消息帶寬是確定的，時間延遲不超過預期的限制范圍。RC消息可用于車輛和航空領域等需要可靠通信和對時間確定性有一定需求的安全關鍵系統，通常RC消息還用于多媒體系統。

BE消息采用眾所周知的普通以太網方式，傳輸過程中無法保證是否或何時成功發送了消息，延遲以及消息是否被接收節點成功接收。BE消息優先級低于TT和RC消息，且使用網絡的剩余帶寬。BE消息的典型應用是互聯網服務，所有對傳輸質量要求低的消息(如因特網協議消息)都可以映射到這一網絡功能級別。

時間觸發以太網已在航天器中應用，其主要具有以下優勢：

(1)兼容性：該技術兼容了時間觸發協議和以太網技術的優勢，能夠在同一個網絡平臺上兼容普通網絡數據流和時間觸發以太網數據流；

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

(3)確定性：時間觸發在設計階段就將總線資源的使用與任務調度計劃制定完畢，每個節點都在系統預先定義的時間段使用資源，不僅可以解決信息傳遞延遲不確定性問題，而且使系統的設計和驗證變得簡單、充分；

(4)高可靠性和安全性：時間觸發以太網失效率小于1×10^-9h^-1，達到了航空/航天領域D0254安全性認證的最高等級。此外，其總線上的節點與總線具有可靠的故障隔離邊界，系統中某個節點失效從時間上和空間上都難以影響系統中其他節點的正常運行，能有效避免故障的擴散。

但時間觸發以太網系統的傳輸介質為電纜、光纖，只能應用于固定的有限范圍內，如飛機、火箭、戰車、艦船等固定封閉的艙體內。

無線光FSO(Free Space Optical)傳輸技術是一種以自由空間為傳輸信道的光傳輸技術，其經過激光束實現信號的發射和接收。FSO以紅外激光束為載體傳輸數據，紅外波段比微波波段更小，更加靈活和方便。FSO系統的工作頻段在300GHz以上，該頻段的應用在全球不受管制，可以免費使用。FSO系統可傳輸數據、視頻、語音等的信息，具有保密性強、傳輸速率高、機動性強、抗干擾能力強、帶寬極高、安裝簡便快捷、安全及成本低的特點。它同光纖通信一起可以構建高質量的通信系統，廣泛應用于軍事保密通信、城域網路由保護和接入、基站連接等。但目前時間觸發以太網尚未能用于無線光傳輸系統。

發明內容

本發明的目的是設計一種時間觸發以太網無線光傳輸終端，其包括時間觸發以太網單元，光電/電光變換單元，光放大器和無線光收發單元，時間觸發以太網單元產生符合時間觸發以太網格式的電信號，由光電/電光變換單元將電信號轉換為光信號，經光放大器放大后，由無線光收發單元轉換為無線光信號并發送，接收時，無線光收發單元接收無線光信號并轉換為有線光信號，經光電/電光變換單元將光信號轉換為電信號，再送入時間觸發以太網單元進行處理。