RU125740U1 - SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX OF DATA TRANSMISSION BY MULTI-CHANNEL FIBER-OPTICAL FIBER - Google Patents

Abstract

Программно-аппаратный комплекс передачи данных по многоканальному оптоволоконному соединению, включающий два персональных компьютера с необходимым программным обеспечением, два коммутатора каналов связи и микропроцессор, управляющий коммутаторами через электрические линии связи, два вспомогательных модуля, обеспечивающих взаимодействие между персональными компьютерами и коммутаторами, два комплекта матриц лазеров и матриц фотодиодов, управляемых соответствующими драйверами, а также оптошину для обеспечения связи между компонентами приемника и передатчика, отличающийся тем, что в качестве средства коммутации каналов используются две программируемые логические интегральные схемы, реализующие функции установки и самовосстановления соединения.A hardware-software complex for data transmission over a multi-channel fiber-optic connection, including two personal computers with the necessary software, two communication channel switches and a microprocessor that controls the switches through electric communication lines, two auxiliary modules that provide interaction between personal computers and switches, two sets of laser matrices and arrays of photodiodes controlled by the respective drivers, as well as an optical bus to provide communication between the components receiver and transmitter, characterized in that as a means of switching channels using two programmable logic integrated circuits that implement the functions of the installation and self-healing of the connection.

Description

Заявленное техническое решение относится к средствам передачи данных, а именно к многоканальным оптоволоконным соединениям.The claimed technical solution relates to data transmission, in particular to multi-channel fiber optic connections.

Из предшествующего уровня техники известен активный оптический кабель (АОК), включающий в себя, с каждой стороны электрический и оптический коннекторы. Между ними располагаются несколько оптических волокон, обеспечивающих связь внутри оптического кабеля. Связь может осуществляться, как в одном, так и в двух направлениях. Когда электрический сигнал поступает на соответствующие выводы электрического коннектора (через электрический порт), он преобразовывается драйвером лазера и электронно-оптическим преобразователем в оптический сигнал. Оптический сигнал передается по оптоволокну к оптико-электронному преобразователю, где преобразуется в соответствующий электрический сигнал. Полученный электрический сигнал поступает на соответствующий вывод электрического коннектора и далее в электрический порт. Особенностью данного устройства является необходимость выполнения при монтаже процедуры высокоточной юстировки оптических волокон относительно оптических коннекторов. Снижение точности юстировки в процессе эксплуатации устройства может привести к неисправности устройства в целом. В АОК не предусмотрено процедур автоматического обнаружения неисправности устройства и его самовосстановления, что позволяет говорить о низком уровне надежности таких устройств. US 006132105A, 17.10.2000.Active optical cable (AOK) is known from the prior art, including, on each side, electrical and optical connectors. Between them are several optical fibers that provide communication within the optical cable. Communication can be carried out either in one or in two directions. When an electrical signal is supplied to the corresponding terminals of an electrical connector (via an electrical port), it is converted by a laser driver and an electron-optical converter into an optical signal. The optical signal is transmitted via optical fiber to the optoelectronic converter, where it is converted into the corresponding electrical signal. The received electrical signal is fed to the corresponding terminal of the electrical connector and then to the electrical port. A feature of this device is the need to perform the installation procedure for high-precision alignment of optical fibers relative to optical connectors. A decrease in the alignment accuracy during operation of the device may lead to a malfunction of the device as a whole. AOK does not provide procedures for automatic detection of a device malfunction and its self-healing, which suggests a low level of reliability of such devices. US 006132105A, 10.17.2000.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для осуществления самовосстанавливающегося соединения многоконтактных приборов или микросхем, содержащее прибор-источник сигналов, соединенный с прибором-получателем сигналов множеством каналов связи через электронный коммутатор каналов связи, управляемый микропроцессором, где множество каналов связи содержит передатчики сигнала, приемники сигнала, пучок проводников сигнала, причем передатчики, приемники, входящие и выходящие концы пучка проводников объединены в матрицы, матрица входящих концов пучка проводников соединена с матрицей передатчиков, а матрица выходящих концов пучка проводников соединена с матрицей приемников сигнала, отличающееся тем, что содержит систему распознавания и запоминания образующихся каналов связи, содержащую, в свою очередь, микропроцессор с блоком памяти, коммутатор матрицы передатчиков, соединенный с матрицей передатчиков сигнала, систему формирования тестовых сигналов каналов связи, причем элементы соединяемых матриц устройства расположены так, чтобы их активные поверхности (соединяемые с элементами других матриц) образовывали плоскую или иной формы гладкую или структурированную активную поверхность матрицы (поверхность, соединяемую с поверхностью другой матрицы), а взаимное расположение самих элементов в матрицах пучка проводников произведено (выполнено) без соблюдения однозначно определенного пространственного порядка и (или) без точного соблюдения геометрических характеристик их взаимного расположения в матрице, или хаотически, или «как получится» или, исходя из других соображений, при этом матрицы передатчиков (выводы) и приемников (вводы) соединены с соответствующими им матрицами пучка проводников без точного соблюдения их одинакового взаимного расположения, так, чтобы совпадали только зоны (области) расположения элементов матриц, так, чтобы каждый передатчик матрицы передатчиков был соединен не менее чем с одним проводником в матрице входящих концов пучка проводников, а каждый проводник в матрице выходящих концов пучка проводников, был соединен не менее чем с одним приемником в матрице приемников. RU 2270493, 20.02.2006.Closest to the claimed technical solution is a device for making a self-healing connection of multi-contact devices or microcircuits, comprising a signal source device connected to a signal receiving device by a plurality of communication channels through an electronic communication channel switch controlled by a microprocessor, where the plurality of communication channels contains signal transmitters, receivers signal, a bundle of signal conductors, moreover, transmitters, receivers, incoming and outgoing ends of the bundle of conductors matrices, the matrix of the incoming ends of the bundle of conductors is connected to the matrix of the transmitters, and the matrix of the output ends of the bundle of conductors is connected to the matrix of signal receivers, characterized in that it contains a system for recognizing and storing the resulting communication channels, which, in turn, contains a microprocessor with a memory unit, a transmitter matrix switch connected to a signal transmitter matrix, a system for generating test signals of communication channels, wherein the elements of the connected device matrices are arranged so that active surfaces (connected to the elements of other matrices) formed a smooth or structured active matrix surface of a matrix of a different shape or surface (a surface connected to the surface of another matrix), and the relative positions of the elements themselves in the matrices of the bundle of conductors were performed (performed) without observing a uniquely defined spatial order and (or) without exact observance of the geometric characteristics of their relative position in the matrix, either randomly, or “how it will turn out,” or proceeding from other considerations d, while the matrices of transmitters (outputs) and receivers (inputs) are connected to the matrices of the bundle of conductors corresponding to them without exact observance of their identical relative position, so that only the zones (areas) of arrangement of the matrix elements coincide, so that each transmitter of the matrix of transmitters is connected to at least one conductor in the matrix of the incoming ends of the bundle of conductors, and each conductor in the matrix of the output ends of the bundle of conductors was connected to at least one receiver in the matrix of receivers. RU 2270493, 02.20.2006.

Технический результат заключается в повышение надежности соединения и упрощение конструкции за счет отказа от использования микропроцессора и исключения служебных электрических линий обратной связи.The technical result consists in increasing the reliability of the connection and simplifying the design due to the rejection of the use of the microprocessor and the exclusion of service electrical feedback lines.

Технический результат достигается тем что, в программно-аппаратном комплексе передачи данных по многоканальному оптоволоконному соединению, включающем два персональных компьютера с необходимым программным обеспечением, два коммутатора каналов связи и микропроцессор, управляющий коммутаторами через электрические линии связи, два вспомогательных модуля, обеспечивающих взаимодействие между персональными компьютерами и коммутаторами, два комплекта матриц лазеров и матриц фотодиодов, управляемых соответствующими драйверами, а также оптошину для обеспечения связи между компонентами приемника и передатчика в качестве средства коммутации каналов используются две программируемые логические интегральные схемы, реализующие функции установки и самовосстановления соединения.The technical result is achieved by the fact that, in a hardware-software complex for data transmission via a multi-channel fiber-optic connection, which includes two personal computers with the necessary software, two communication channel switches and a microprocessor that controls the switches through electrical communication lines, two auxiliary modules that provide interaction between personal computers and switches, two sets of laser matrices and photodiode arrays controlled by the respective drivers, and optomotor to ensure communication between the components of the receiver and transmitter as a means of switching channels using two programmable logic integrated circuits that implement the functions of the installation and self-healing of the connection.

Схема программно-аппаратного комплекса представлена на фиг.1. Особенностью заявленного устройства является использование в качестве средства коммутации двух программируемых логических интегральных схем (ПЛИС-1 и ПЛИС-2, модули 5 и 6). Задача модуля 5 - обеспечение взаимодействия между программируемыми логическими интегральными схемами и персональными компьютерами (ПК-1 и ПК-2), задача модуля 6 - коммутация и самовосстановление соединения. Каждый персональный компьютер имеет следующее программное обеспечение: приложение верхнего уровня 1, DLL-библиотеки 2 и драйвера устройств 3. Матрицы лазеров 8 и матрицы фотодиодов 9 управляются драйверами 7 и 10. Связь осуществляется по нескольким оптическим волокнам - оптишине 12. В качестве шины передачи данных 4 между ПК и ПЛИС может быть использована шина PCI Express (PCIe). Связь между ПЛИС и матрицами лазеров и фотодиодов осуществляется по электрическим проводам 11.The scheme of the hardware-software complex is presented in figure 1. A feature of the claimed device is the use as a means of switching two programmable logic integrated circuits (FPGA-1 and FPGA-2, modules 5 and 6). The task of module 5 is to ensure the interaction between programmable logic integrated circuits and personal computers (PC-1 and PC-2), the task of module 6 is switching and self-healing of a connection. Each personal computer has the following software: top-level application 1, DLLs 2 and device drivers 3. Laser arrays 8 and photodiode arrays 9 are controlled by drivers 7 and 10. Communication is carried out through several optical fibers - optishina 12. As a data bus 4, a PCI Express bus (PCIe) can be used between the PC and the FPGA. The connection between the FPGA and the matrices of lasers and photodiodes is carried out by electrical wires 11.

Принцип работы устройства представлен на фиг.2. На входы лазерной матрицы 3 (источника информации) подают электрические импульсы от управляющей микросхемы источника, которые модулируют излучение лазеров 1. Это излучение по оптошине поступает к матрице фотодиодов 10, расположенной на стороне приемника информации, и активирует часть фотодиодов 7 и 9. Активированные фотодиоды генерируют поток электрических импульсов к управляющей микросхеме приемника.The principle of operation of the device is presented in figure 2. At the inputs of the laser matrix 3 (information source), electrical pulses are supplied from the control microcircuit of the source, which modulate the radiation of the lasers 1. This radiation is optically fed to the matrix of photodiodes 10 located on the side of the information receiver and activates part of the photodiodes 7 and 9. Activated photodiodes generate flow of electrical pulses to the control chip of the receiver.

При соединении оптошину подключают к матрицам передатчика и приемника достаточно произвольно, совмещая лишь оптические области матриц и оптошины путем установки концов оптошины в оптические разъемы микросхем приемника и передатчика. Поэтому, зная только множество активированных фотодиодов матрицы-приемника, невозможно определить, каким из лазеров был испущен активировавший эти фотодиоды сигнал. Один из основных принципов работы устройства заключается в том, чтобы до начала передачи данных установить соответствие между каждым лазером и активируемыми этим лазером фотодиодами. Соответствующая процедура коммутации должна быть реализована в протоколе канального уровня. В ходе коммутации определяются каналы для передачи данных, т.е. устанавливается соответствие между лазером и множеством активируемых им фотодиодов.When connecting, the optocoupler is connected to the matrices of the transmitter and receiver rather randomly, combining only the optical regions of the matrices and optocouplers by installing the ends of the optocouplers in the optical connectors of the receiver and transmitter microcircuits. Therefore, knowing only the many activated photodiodes of the receiver matrix, it is impossible to determine which laser emitted the signal that activated these photodiodes. One of the basic principles of the device’s operation is to establish a correspondence between each laser and the photodiodes activated by this laser before starting data transfer. An appropriate switching procedure should be implemented in the data link protocol. During the switching, channels for data transmission are determined, i.e. a correspondence is established between the laser and the many photodiodes activated by it.

Процедура коммутации каналов производится однократно до начала передачи данных и никак не влияет на скорость передачи в дальнейшем. При нарушении связи (частичном повреждении части оптических волокон или смещении оптошины относительно матриц приемника и передатчика) необходимо оперативно обнаружить это нарушение и провести повторную процедуру коммутации каналов. При этом количество каналов может сократиться, т.е. уменьшится пропускная способность соединения, но связь будет восстановлена.The channel switching procedure is performed once before the start of data transfer and does not affect the transmission rate in the future. In case of communication failure (partial damage to part of the optical fibers or displacement of the optical bus relative to the matrices of the receiver and transmitter), it is necessary to quickly detect this violation and carry out a repeated channel switching procedure. In this case, the number of channels can be reduced, i.e. The bandwidth of the connection will decrease, but the connection will be restored.

Claims (1)

Программно-аппаратный комплекс передачи данных по многоканальному оптоволоконному соединению, включающий два персональных компьютера с необходимым программным обеспечением, два коммутатора каналов связи и микропроцессор, управляющий коммутаторами через электрические линии связи, два вспомогательных модуля, обеспечивающих взаимодействие между персональными компьютерами и коммутаторами, два комплекта матриц лазеров и матриц фотодиодов, управляемых соответствующими драйверами, а также оптошину для обеспечения связи между компонентами приемника и передатчика, отличающийся тем, что в качестве средства коммутации каналов используются две программируемые логические интегральные схемы, реализующие функции установки и самовосстановления соединения.

A hardware-software complex for data transmission via a multi-channel fiber-optic connection, including two personal computers with the necessary software, two communication channel switches and a microprocessor that controls the switches through electric communication lines, two auxiliary modules that provide interaction between personal computers and switches, two sets of laser matrices and arrays of photodiodes controlled by the respective drivers, as well as an optical bus to provide communication between the components receiver and transmitter, characterized in that as a means of switching channels using two programmable logic integrated circuits that implement the functions of the installation and self-healing of the connection.

Images