拓朴结构

拓朴结构（精选3篇）

拓朴结构 篇1

摘要：近年来, 以互联网为代表的新技术深刻地影响着人们的生活, 用户要求上网速度越来越快。根据市场的需求, 目前正在使用的接入网技术很多, 其中光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定和保密性强等优点。因此, 光纤接入网成为未来发展宽带接入的趋势。

关键词：光纤接入,技术,拓朴结构

我国宽带接入最初以ADSL为主流手段, 曾经占据市场绝大部分份额。但是, 该技术速率以1M ~ 2M为主, 导致我国在上网速度上与发达国家存在很大差距。根据2010 年11 月Pingcom公司发布的报告, 中国的网速世界排名为第90 位, 而宽带收费却是世界网速第一的韩国的29 倍。

目前, 国家对电信管制放松, 市场竞争日益激烈, 预计未来几年中国家庭用户上行带宽需要将达4 ~ 10Mbps, 部分高端地区接入能力需要达到100Mbps。面对高带宽业务需求, ADSL技术已不能承此重任, 而以光纤代替双绞线铜缆是大势所趋。现在很多地区在全力推进光纤接入的发展, 我国光纤接入迎来了黄金发展期。

1 光纤接入网

光纤接入网是指用光纤作为主要的传输媒质, 实现接入网的信息传送功能。

2 光纤选型

在综合布线工程中, 使用最多的光纤是单模光纤和多模光纤两类。单模光纤传递信号衰减小、无模间色散、带宽极宽、距离长、制造简单和价格低廉, 因此目前使用最多是该种类型的光纤。

3 比较光纤接入网与其他接入网技术的优缺点

3.1 优点

我国大多采用同轴电缆或双绞线接入网, 光纤接入网比其他接入技术相比具有以下几方面优点。

(1) 光纤接入网的接入速率高, 带宽极宽。除了能满足用户对看网页、下载等常规操作外, 还能满足用户对看电视、远程教学、上网购物等业务的需求, 而这些业务都是利用原有载体难以实现的。

(2) 双绞线或同轴电缆对信号的传递有衰减, 而使用光纤传递信号损耗低、频带宽。

(3) 双绞线或同轴电缆受干扰较大, 很多时候不得不增加绝缘层, 使本不宽敞的地下通信管理更加困难, 而光纤不受电磁干扰, 重量轻, 体积小, 大大降低了通信管理难度。

(4) 从经济角度考虑, 双绞线或同轴电缆价格波动较大, 性能无法大幅度提升, 而随着时间的推移, 光纤性能不断提高, 价格却在不断下降。

3.2 缺点

光纤接入提供的信号传递容量大、质量高、性能稳定, 因此光纤能适应将来对网速提升的需求, 但与其他接入网技术相比, 光纤接入网也存在一定的劣势。

(1) 光纤接入网成本较高, 尤其是接入用户的设备价格较高。例如, 光纤连接时所用的熔接机价格太高。虽然现在大多数情况采用冷接方式, 但光纤冷接端子比普通双绞线水晶头贵得多。

(2) 光纤接入网和目前最流行的无线接入网相比需要管道资源。

虽然影响光纤接入网发展有种种不利因素, 但采用光纤接入网是网络通信发展的必然趋势。从世界发达国家网络通信发展来看, 光纤接入到户是将来发展的目标。

4 光纤接入形式

目前, 我国光纤接入技术种类主要有光纤到交接箱 (FTTCab) 、光纤到楼宇/ 分线盒 (FTTB/C) 、光纤到办公室 (FTTO) 和光纤到户 (FTTH) 等。其中, FTTH (光纤到户) 是宽带接入的终极解决手段, 但目前FTTH宽带接入费用比较高昂, 大多数用户无法接受。

我国地域广阔, 根据城乡以及新城区和旧城区的不同情况, 应该因地制宜地选择光纤接入的应用模式。新区中, 可采用FTTH (光纤到户) 以及FTTB/C (光纤到楼宇/ 分线盒) 等方式。旧区中, ADSL接入完善情况下, 可采用光纤和同轴电缆 (双绞线) 混合使用的部署方式。总而言之, 在接入形式选择上采取实用主义的态度, 更多地关注产品本身的性能和成本, 而不拘泥于技术本身。

5 光纤接入网分类

光纤接入网可分为有源光网络和无源光网络两类。在技术选择上, 无源光网络 (PON) 无疑是光纤接入规模化发展的主要技术手段。无源光网络 (PON) 主要包括APON、IPPON、EPONT和GPON几种技术。目前, 主流的无源光网络主要有EPON和GPON两种, 且二者各有所长。EPON源于IEEE标准, 技术非常成熟, 所支持的产品商用较早, 用户使用成本较低, 因此得到了最广泛的应用。而GPON源于ITU标准, 在性能方面更强, 支持更高的宽带接入速率, 标准化程序更高。目前, 全球欧美运营商和各传统电信设备商大多采用这一技术。

6 光纤接入网采用的拓朴结构

光纤接入网使用拓朴结构, 主要有总线形、环形和星形。近几年来, 使用最多的拓扑结构有以下几种。

6.1 由ONU (光网格单元) 组成的星型拓朴结构

将光纤接到最靠近用户的地方 (小区、大楼或是路边) , 通过设备将光信号转换为电信号, 再用以前使用的双绞线或同轴电缆分别接到用户。这种拓朴结构一般适应FTTB/C光纤接入形式。

6.2 由无源光网络技术组成的星型拓结构

信号经无源光网络直接分配到用户, 这种拓朴结构设备可由多个用户承担, 因此成本太高, 一般适应FTTH光纤接入形式。

6.3 环型网+ 星型网结构

由SDH设备组成的环型网+ONU组成的星型网结构, 一般适应FTTO光纤接入形式。

7 结语

随着我国宽带互联网的蓬勃发展, 我国光纤接入进入了黄金发展期, 未来将向更高速率演进。同时, 随着无线宽带的发展, 以光纤+ 无线的模式实现无处不在的网络覆盖, 已成为当今发展重要方向。对于职业院校的老师和学生来说, 应该适时调整专业内容和学习方向, 以积极的姿态迎接这次通信技术革命。

参考文献

[1]中国互联网信息中心.第27次中国互联网络发展状况统计报告[R].北京:CNNIC, 2011.

[2]唐雄燕.全业务背景下的光接入发展[J].电信技术, 2009 (2) :63-65.

拓朴结构 篇2

随着科学技术的进步, 计算机、控制、电子技术的日新月异, 航天器上需要共享和处理的数据越来越多, 越来越复杂, 因此, 大部分航天器上都采用了总线技术。

CAN (Controller Area Network) 总线作为一种现场控制总线于20世纪80年代由Bosch公司提出, 经过了近二、三十年的发展。CAN总线技术已经在汽车、工业控制等领域取得了广泛的应用。

当前, 航天器常用的总线主要有1553B和CAN总线, 还有一些只能连接少数节点的总线, 如485总线。由于CAN总线具有非常强的抗干扰性能, 并且传输速率也较高 (最高可达到1Mb/s ) , 在21世纪初开始引入作为国内航天领域现场总线的一种, 最近十年以来, 随着应用的不断增加, CAN总线在航天领域的应用也越来越成熟。

1 CAN总线拓朴结构介绍

CAN总线最初是为了解决现代汽车中众多的电子控制单元 (ECU) 与测试设备之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议, 它是一种多主总线。其通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤, 通信速率可达1Mbit/s。

总线拓朴结构有很多种类型, 如环形、星形、单线形等, 根据CAN总线的特点, 有两种拓朴形式通常被使用, 分别为星形和单线形。

星形拓朴结构:如果总线系统中电控单元ECU数量较少, 一般不超过4个, 这种系统可以用星形作为总线的拓朴结构。例如:有一个3个ECU的系统, 如图1所示, 采用星形拓朴将使总线的设计和加工变的易于实现, 此时终端电阻的设计将采用多终端的方式实现, 这时将终端电阻设计在3个星形分支中, 这样, 只需要将总线电缆进行简单的加工, 即可以实现设备之间的相互通信, 为了实现总体终端阻抗, 即62Ω, 每个星形分支中设计的终端电阻值为180Ω。这种方法实际的终端阻抗 (即所有的终端电阻并联) 和收发器的输出驱动能力并不匹配, 但由于CAN总线数据传输时位定时参数有足够的安全余量, 这并不是很严重的问题。

单线式拓朴结构介绍:如果系统中ECU较多, 超过4个时, 一般采用单线式拓朴结构作为总线的拓朴结构。较简单的系统中采用星形的拓朴结构是为了简化总线电缆的设计和加工, 但根据ISO 11898标准的设想CAN总线网络的拓朴结构是一个接近于单线的结构, 以减少总线电缆上的反射, 如图2所示, 此时, 总线的两端都连接一个终端电阻。

由于航天领域CAN总线网络一般都包含较多的ECU节点, 星形拓朴虽然简单易实现, 但由于节点太多, CAN总线的数据传输性能已经不能得到保证, 因此, 通常采用单线式的拓朴结构进行CAN网络设计。

2 航天领域CAN总线电缆设计

2.1 航天领域CAN总线电缆介绍

根据航天领域CAN总线单线式拓朴结构的设计原则, 设计了两种实现方法, 分别为级连式和纯单线式。

级连式航天领域CAN总线电缆设计见图3, 各节点相互之间进行连接, 终端电阻可安装在第1个和最后一个节点中, 也可以外置在节点之外, 单独加工。

纯单线式航天领域CAN总线电缆设计如图2所示, 设计和加工独立的电缆组件, 将各节点连接成系统, 各节点间没有独立的相互连接的电缆, 终端电阻包含在电缆组件中。

2.2 比较与分析

级连式和纯单线式航天领域CAN总线电缆设计都可以满足卫星实际使用的需要, 在已经使用CAN总线的航天型号中, 这两种CAN总线电缆形式都有使用。两者的优缺点如下:

(1) 性能

级连式CAN总线电缆由于在设备间进行了电缆的转接, 虽然最终分段的电缆通过接插件实现了互连, 但原线缆的特性阻抗会发生变化, 而且发生的变化不同预计, 因此最终接入的特性阻抗很难实现合理的匹配, 但由于CAN总线本身具有很好的健壮性, 节点数较少, 分段级连的电缆总数不多时, 此种拓朴方式对系统性能的影响不会太大。

纯单线式CAN总线电缆是在一根主干上引出分支, 且要求分支长度较短, 分支长度一般要求小于25cm, 分支对总线主干特性阻抗的影响很小, 所以电缆本身的特性阻抗变化很小, 在电缆设计中可以很容易实现终端电阻匹配, 对CAN总线本身的电性能不会有影响。

(2) 工艺复杂度

级连式CAN总线电缆加工工艺比较简单, 与普通星上屏蔽双绞线电缆的加工方法没有太多差异, 实现容易。

纯单线式CAN总线电缆需要在主干线上引出分支, 而且要保证主干上引出分支的部分具有良好的屏蔽性能, 同时, 纯单线式总线电缆需要在电缆主干上直接将终端电阻焊接在屏蔽双绞线的两根芯线之间, 加工和端接电阻保护工艺复杂。

(3) 可靠性

级连式CAN总线电缆由于电缆是分段式的, 所以在单个设备上总线通常是通过接插件转接, 从一个接插件入, 然后在单机内部转接, 再从另一个接插件出, 这样, 一个设备出故障, 如接插件的机械损坏或虚焊, 可能就影响到整条总线的使用, 同时, 由于总线的正常工作涉及到的单机比较多, 也引入了更多的不确定性。

纯单线式CAN总线电缆独立加工, 可以与各单机的故障隔离开, 并且单机故障也不会影响总线上其它单机正常工作。

2.3 总线设计和加工

由于星形拓朴在实际使用中较少, 并且级联式总线加工方法比较简单, 本文不再对这两种拓朴结构的电缆设计和加工进行说明, 着重说明单线式总线的设计和加工。

由于单线式总线需要在主干电缆上引出分支, 为了保证接入的高可靠性, 对总线电缆进行专门的设计和加工。下面分两个内容进行说明, 一是电缆的整体设计, 另一个是分支电缆与主干电缆的耦合模块设计与加工。

电缆的整体设计与规划:主干线和分支线采用120Ω特性阻抗的屏蔽双绞线, 双绞屏蔽线的两根芯线分别定义为:CAN_H和CAN_L, 分别对应CAN总线接口芯片的CAN_H和CAN_L。主干线按照实际距离进行分段, 分支线长度均为25cm。分支与主干电缆之间的耦合模块采用专用模块实现。设计示例如图4所示。主干电缆设计时, 首先确定各ECU的布局位置, 然后测量各ECU间的距离, 进行主干线的走向距离最优化设计。总线终端匹配电阻的选到与所选用屏蔽双绞线特性阻抗相同的120Ω, 总线终端匹配电阻直接焊接在主干线两端两根芯线上, 并采用航天材料进行塑封, 塑封的同时注意保留放气孔, 以防真空环境下, 耦合模块出现膨胀损坏。

耦合模块由PCB板、不锈钢外壳、塑封材料组成。PCB原理图如图5所示 (包括双支线和单支线) , 图中上部为主干电缆连接, 主干电缆的两端分别连接两个耦合模块, 接入主干接点;图中下部为分支电缆连接, 一端接耦合模块, 一端接至ECU的接插件。PCB板完成主干和分支电缆的焊接, 测试合格后, 将焊点点胶固封, 然后将PCB板装配在已经加工好的不锈钢外壳内, 装配完成后, 对整个模块进行塑封, 固定保护主干和分支电缆接入线, 塑封要求与总线终端匹配电阻要求一致。

采用上述方法实现的星载CAN总线电缆已经在某卫星型号上得到应用, 并圆满的完成了相关任务。

3 结束语

随着我国航天技术的不断发展, 总线技术已经越来越普遍地应用于航天型号中, CAN总线技术以其高性能和廉价, 在航天器研制中也得到了较多的应用。本文简单地介绍了现有航天器中CAN总线拓朴和电缆设计加工的方法, 对于航天领域中CAN总线拓朴结构的研究有待深入, 对于CAN总线电缆的加工方法和工艺还有待加强。

摘要：介绍了目前航天领域CAN总线常用的几种拓朴结构, 并对这几种总线拓朴结构进行分析和比较, 说明了各自的优缺点和应用方式的不同。

关键词：航天领域,CAN总线,拓朴结构

参考文献

[1]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1996.

[2]CANaerospace interface specification for airborne CAN applicationsV1.7[S].Germany:Stock F1ight Systems, 2001.

[3]CAN Specification V2.0[S].Germany:Robert Bosch GmbH, 1991.

[4]PCA82C250 CAN controller interface[R].Netherland:Philips Elec-tronics, 2000.

[5]阳宪衷.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社, 1999.

拓朴结构 篇3

网络系统一直被广泛的运用在各种领域上,随着科技的进步,网络的架构以及网络设备也变得更为复杂,对于网络的管理与分析显得更加的重要,虽然目前有许多协助网络管理的工具,而且也提供许多的功能,但对于网络管理人员来说,多数非必须的功能也导致了工具在使用上的不便,此外这些工具又受限于电脑的使用,因此,本文以可随身携带的且占用较少硬件资源的嵌入式装置为使用平台,搭配无线网络的使用,以达到随时随地都可实现网络系统管理的目的。

SNMP协议在网络系统的管理与分析中一直扮演着十分重要的角色,搭配网络装置的MIB能够高效的管理各种不同的网络设备,在Windows系统与Unix系统中SNMP提供了一组标准的操作来获得与修改网络设备的管理信息,以便于监控和维护网络设备,并且可通过使用路由器或交换器储存于MIB中的信息来分析当前网络的拓扑情况。

1 SNMP协议

SNMP协议提供了一套简易的操作程序能够让管理者可远程管理与监控网络装置,包括路由器、交换机和服务器等。在网络拓扑分析的运用上,通过SNMP协议来取得网络上的各种设备中的MIB信息,只要是支持SNMP协议的网络设备都会含有自己的MIB files,里面记录了这个装置的所有设置信息,而网络管理员可以查询与更改装置的设置来实现远程监控的功能,然而在所有的设备中都会包含MIB-II,它是标准的MIB file,其中记录了许多重要的信息,包括路由表,它记录了IP地址的目的网络以及下一跳的路由器IP地址,通过上述的信息能够简单的描绘出网络的拓扑,再搭配其他的信息,例如系统与接口信息等,就可以详细地了解整个网络的拓扑情况。

SNMP以User Datagram Protocol作为管理者与代理者之间传递信息的传输协议,之所以会选择UDP而不使用TCP的原因在于,UDP采用非连接方式的传输,也就是管理者与代管物件并未建立连接,因此判断datagram是否遗失以及在必要时重传成为了SNMP协议的责任,通常是以超时作为重传的依据,可以设定等待的时间以及重新传递的次数。但是对于TrapMessage来说情况就不同了,如果代管物件传送了一个Trap Message给管理端,但是管理端并没有收到,这时代管物件甚至不知道是否该重新传递Trap Message,因为管理端收到Trap Message之后是不用告知待管物件的,虽然UDP不可靠但是它的负担低,因此可降低对网络性能的影响。

SNMP使用端口编号为161的UDPport来传送与接收请求信息,以及使用编号16213的UDP port来接收来自待管物件的Trap Message,每个安装了SNMP协议的设备必须以这些端口值作为预设值,不过它是可以被更改的。

2 本文主要工作

本文所构建的基于SNMP协议的网络管理与拓扑分析系统主要包括两个核心功能,分别是网段搜寻、网络拓扑分析。网段搜寻功能是以使用者输入的IP地址作为基准,并搜寻此网段中所有的网络设备,并对搜寻到的设备查询相关信息以提供给网管人员使用;网络拓扑分析则是以一台路由器或是交换器的IP地址作为起点,搜索网络拓扑的状况,并利用分析得到的拓扑信息来描绘出将整个网络拓扑的树状图。

2.1网段搜寻

对网络管理人员来说,面对复杂的网络环境下,例如一间公司里有上百台的网络设备的情况下,如何有效的去区分不同网段上的网络设备并加以管理是很重要的,通过本系统所构建的网段搜寻功能,可以轻松的搜寻某一网段中所有的网络设备,并且对搜寻到的设备再进一步的查询其信息,包括设备的IP地址、设备的描述信息以及位置等,网络管理人员可以通过这些信息来了解网络设备的配置与状况,此外还可以针对个别的设备进行查询与设定。

本系统所构建的网段搜寻功能是通过SNMP的操作,再搭配MIB-II中的system群组的信息所构建的,利用SNMP的get操作来探测某个IP地址是否有网络设备的存在,而不是以ping的方式来检测,因为ping的方式较为费时,对于侦测到设备也无法得知其相关信息。

网段搜寻功能是以使用者所输入的一个IP地址为起点,再通过程序分析出其所属网段,接下来使用SNMP get operation来探测出所有IP地址中是否有网络设备的存在,最后再对设备进一步地取得更多信息,执行流程的步骤如下:

步骤1:取得IP Address与community

以使用者所输入的IP地址为程序执行的起点,再搭配community才可执行SNMP所提供的get operation,在取得IP地址之后,由程序来实现所属的网段的判断。

步骤2:探测网络设备;

通过步骤1所得到的所有IP地址进行侦测,对每个IP地址执行get operation,并指定OID为sysName (1.3.6.1.2.1.1.5),对于不存在网络设备的IP地址进行get操作会得到time up的响应,反之则会得到sysDescr的正确信息,以此探测网络设备是否存在,并记录有设备存在的IP地址。

步骤3:取得设备 的sysDescr与sysLocation信息

针对在步骤2中所探测到的网络设备再进行更进一步的查询,通过get operation并指定OID为1.3.6.1.2.1.1.1(sysDescr) 来取得设备的详细信息,包括硬件信息等,再将OID指定为1.3.6.1.2.1.1.6(sysLocation)来获得设备所在的位置信息。

2.2网络拓扑分析

本系统所提供的网络拓扑分析功能是利用SNMP所构建而成的,通过MIBII内的群组能够轻松的了解网络的连接状况,此外MIB-II是一种标准的MIB,也就是说只要是支持SNMP协议的网络设备绝大部分都会内含MIB-II,然而使用SNMP的好处在于它可以轻松的了解路由状况,并且能够获得设备的种类、名称以及其他重要的管理信息。

本系统所构建的网络拓扑系统是以一个路由器的IP地址作为起点,进行对路由路径的查询,通过递归的方式找出路径上所有的路由器,再对各个路由器查询其连接状况,可找到其它新的网络节点,如此一来便可以分析出网络拓扑的概况,最后对所有节点逐个进行遍历以获得更详细的信息,本文所提出的网络拓扑分析方法可分为以下三个步骤:

步骤1:利用ipRouteNextHop来获得路由的路径;

针对路由 器的IP地址进行getnext的操作,并且将其OID设定为1.3.6.1.2.1.4.21.1.7(ipRouteNextHop),以取得相 邻路由器 的IP地址,取得IP地址之后 再查询其ipRouteType(1.3.6.1.2.1.4.21.1.8),如果其值 为indirect,则表示其路径上的其它路由器,并将其记录至未访问的路由器表格之中,并将此次访问过的路由器记录于第一层路由路径表中。从未访问的路由器表格之中取出路由器IP地址,并执行上述动作,直到无其它路由器为止。

步骤2:利用ipNetToMediaPhysAddress与ipNetToMediaNetAddress来侦测网络中新的节点;

从路由路径表中取出一个路由器的IP地址,将OID设定为1.3.6.1.2.1.4.22.1.2(ipNetToMediaPhysAddress) 与1.3.6.1.2.1.4.22.1.3(ipNetToMediaNetAddress),并执行getnext operation,以此探测出此路由器上所有介面的连接情况,内容包括连接至此路由器的网络设备的MAC地址以及IP地址,并记录至第二层装置表格中,重复以上操作直到所有路由器皆被遍历过。

步骤3:从步骤1到步骤2的过程中,记录已经侦测出所有的网络节点,在这个步骤中,对每个网络节点进行三次的get操作,OID分别设置为1.3.6.1.2.1.1.1、

1.3.6.1.2.1.1.5与1.3.6.1.2.1.1.6以取得每个节点的详细信息。

3 结论

本文提出了一个可在具备LCD且占用硬件资源较为低阶的嵌入式系统上执行的SNMP网络管理与拓扑分析系统。通过使用本系统,网络管理人员能够通过无线网络来即时的对网络进行管理与监控,大大的提升了网管人员的便利性与即时性。本系统所有的功能都能够通过SNMP协议来完成,从而降低了系统资源的使用并提高系统执行的效率。此外嵌入式系统可透过无线网络来实时的对网络进行管理和监控,这样能够极大程度提高网管人员的便利性与即时性。

摘要：随着科技的进步,网络系统更是被广泛的运用,然而网管人员如何有效率的去管更网络系统,并取得适当的网络拓扑信息是一个非常重要的研究方向,本文针对嵌入式系统,并且更用SNMP协议来实现网络管理与拓扑分析的功能。本文是以具备LCD且硬件资源为嵌入式系统作为研究平台,选择使用QT作为开发工具,以更能在使用较少的资源的情况之下,提供一个跨平台且具备使用者图形界面的系统,此外嵌入式系统可透过无线网络来实时的对网络进行管更和监控,这样能够极大程度提高网管人员的便利性与即时性。