CN212935904U - 多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，它包括发射机和接收机，且成对使用；所述的发射机和接收机均包括以太网信号复合PHY芯片、光模块、光纤接口以及多个RJ45以太网接口；在发射机中，多个以太网接口将外部对应系统的以太网信号接入，其输出端与PHY芯片相连进行复合编码，且PHY芯片与光模块、光纤接口相连，通过光纤将复合编码信号传输至远端接收机，远端接收机与光模块相连，所述的光模块与PHY芯片相连解复用出千兆物理隔离的以太网信号，通过对应以太网接口的输出。本实用新型具有结构简单、低成本和高可靠传输性的特点，可以大幅度降低多业务传输系统的成本，能够被大规模使用在各行各业。
Description
技术领域
本实用新型涉及以太网信号光纤传输设备，尤其是一种实现四路信号之间安全隔离，光纤传输距离达到80公里的多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机。
背景技术
目前以太网信号已经大规模使用在各个场合和应用中，占据了绝大部分的市场份额。在同一地点，有多个应用系统均使用以太网信号进行数据交换，但这些不同系统的网络不能互通，需要安全隔离。并且很多系统分散在多个地点使用，由于距离较远，需要使用光纤联网，所以需要同时传输这些多路隔离的以太网信号，将两端的多个系统、互相隔离的网络互相连接起来。也就是说同一地点具有多个互相隔离的以太网络，需要利用1 芯光纤同时将多个地点的各个应用系统连接起来，但不同应用系统互相隔离，不能互联，所以光纤传输时也需要安全隔离。
多路隔离以太网络的传输一般分为逻辑隔离传输和物理隔离传输：
逻辑隔离一般采用各种VLAN技术，各个网络的数据包被分配在不同的VLAN中，数据包头部加上不同的VLAN标签，数据包被混合在一起后通过光纤进行传输，到达对端后，依据数据包头部不同的VLAN标签，数据包被传输到不同的端口上。由于采用数据包分组后混合传输，交换芯片采用数据包的头部VLAN标签来区分不同VLAN，但会有VLAN的协议信息、各个系统的广播信息传输到各个端口广播，黑客根据广播信息可以嗅探出各个系统的一些信息并加以利用，所以安全性较差，但这种传输方式成本最低，一般用作对安全要求较低的场合。
物理隔离一般指的是采用不同的传输通道、或者不同时隙传输。也就是说可以采用时分复用(TDM)或波分复用(CWDM)传输：
采用时分复用时，不同端口的网络信号被分配在不同的时隙中，复用后的信号变成光信号通过光纤传输到对端，然后对端通过时分解复用后按对应的时隙送入对应的端口；
采用CDWM波分复用信号方式时，各个端口的网络信号被转换为不同波长的光信号，通过CWDM复用后，通过光纤传输到对端，再通过CWDM 解复用，分出不同波长的信号，送入不同的网络端口。所以采用时分复用和波分复用传输时，各个不同端口之间的信号没有混合，被分在不同的时隙或不同光链路上传输，所以数据安全性最高，具有最高的安全等级要求；
但是，目前通用的时分复用和波分复用传输多路网络信号需要应用多业务传输平台，例如MSTP、OTN等，由于技术比较复杂，成本很高，一般被用于运营商网络，限制了在大规模的民用或企业网络传输市场的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对目前通用的时分复用和波分复用传输多路网络信号需要应用多业务传输平台，技术比较复杂，成本很高的问题，提出一种多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，具有结构简单、低成本和高可靠传输性的特点，可以大幅度降低多业务传输系统的设备成本和使用成本，能够被大规模使用在各行各业。
本实用新型的技术方案是：
本实用新型提供一种多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，它包括发射机和接收机，且发射机和接收机成对使用；所述的发射机和接收机均包括以太网信号复合PHY芯片U1、光模块F1、光纤接口以及多个RJ45 以太网接口；其中，
在发射机中，各RJ45以太网接口作为信号输入端将外部对应系统的千兆物理隔离的以太网信号接入，各RJ45以太网接口的输出端与以太网信号复合PHY芯片U1相连，所述的以太网信号复合PHY芯片U1对前述信号进行复合编码，且以太网信号复合PHY芯片U1与光模块F1相连，光模块 F1与光纤接口相连，通过光纤将复合编码信号传输至远端接收机，远端接收机的光纤接口作为信号接收端与光模块F1相连，所述的光模块F1与以太网信号复合PHY芯片U1相连，以太网信号复合PHY芯片U1解复用出千兆物理隔离的以太网信号，通过对应的RJ45以太网接口的输出。
进一步地，所述的发射机和接收机中，所述的RJ45以太网接口最多为四个各RJ45以太网接口一一对应，即发射机的1号网口对应接收机的1号网口，发射机的2号网口对应接收机的2号网口，以此类推，接口之间互相物理隔离。
进一步地，所述的发射机和接收机还包括时钟模块U2，所述的时钟模块U2连接以太网信号复合PHY芯片U1的参考时钟输入端，作为网络时钟锁相参考时钟；所述的时钟模块U2采用125Mhz时钟模块U2。
进一步地，所述的发射机和接收机还包括电源模块U3，所述的电源模块U3输出三组电压，分别连接到安全光端机中各模块的电源输入端，作为工作电源。
进一步地，所述的发射机和接收机还包括模式设置单片机，所述的模式设置单片机通过MDC/MDIO接口连接以太网信号复合PHY芯片U1，用于设置工作参数和读取工作状态。
进一步地，所述的发射机和接收机还包括接口指示灯模块，用于指示各个RJ45接口和光模块F1接口以及以太网信号复合PHY芯片U1的工作状态和光端机异常告警。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机最多支持四路输入以太网信号，可以将4路物理隔离千兆以太网端口的信号通过单个PHY 芯片时分复用后通过光纤传输，光纤传输带宽可以达到5Gbps，传输距离最大到80公里，1对光端机可以将两端的4个不同系统的以太网络连接起来，并且在传输时，4个网络之间物理隔离，附合最高等级的安全要求。
本实用新型的光端机具有成本低，即插即用、使用、维护方便，高可靠等优点；可以在安防监控工程、交通监控、平安城市建设、智能大厦、视频会议、通信、金融、体育、电力、水利、海关、边防、军事、航天、工业生产、商业、博物馆、展览馆、文物保护、旅游等领域广泛应用。
本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本实用新型的原理框图。
图2示出了本实用新型中发射机和接收机的原理框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。
如图1、2所示，本实用新型提供一种多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，它包括发射机和接收机，且发射机和接收机成对使用；所述的发射机和接收机均包括以太网信号复合PHY芯片U1、光模块F1、光纤接口以及四个RJ45以太网接口；其中，
在发射机中，四个RJ45以太网接口作为信号输入端将外部对应系统的四路千兆物理隔离的以太网信号接入，四个RJ45以太网接口的输出端与以太网信号复合PHY芯片U1相连，所述的以太网信号复合PHY芯片U1对前述信号进行复合编码，且以太网信号复合PHY芯片U1与光模块F1相连，光模块F1与光纤接口相连，通过光纤将复合编码信号传输至远端接收机，远端接收机的光纤接口作为信号接收端与光模块F1相连，所述的光模块F1 与以太网信号复合PHY芯片U1相连，以太网信号复合PHY芯片U1解复用出四路千兆物理隔离的以太网信号，通过对应的四个RJ45以太网接口的输出。
在本实施方案中，发射机和光端机接收机(发射机和接收机的工作原理完全一样，一端称为发射机，则另一端称为接收机)，接收机和发射机成对使用。发射机将连接的4路千兆物理隔离的以太网信号通过单个PHY芯片复合编码为为5G的QSGMII信号，接入光模块后转换为双向高速光信号，通过光纤传输到远端，然后在远端用同样的设备接收光信号(光波长与发射机匹配对应)，然后由光模块恢复为5G的QSGMII信号，再通过单个同样型号的PHY芯片解复用出4路千兆物理隔离的以太网信号输出。发射机和接收机的以太网端口一一对应，即发射机的1号网口对应接收机的1号网口，发射机的2号网口对应接收机的2号网口，依次类推，端口之间互相物理隔离。发射机和接收机的光接口互相匹配，即发射机光口发出的光波长与接收机的收光波长相同，接收机光口发出的光波长与发射机的收光波长相同。该光端机最大传输距离80公里，光链路带宽为5Gbps；
本实用新型的以太网信号复合PHY芯片U1采用VITESSE公司的 VSC8504-01快速以太网信号复合PHY芯片；时钟模块U2采用Raltron公司的CO4605A-125.000，电源模块U3采用TI公司的TPS65251-3，模式设置单片机U4采用Atmel公司的AT32AP7002；RJ45接口J1～J4可以选用市场通用的带变压器的千兆RJ45连接器；高速光模块F1采用5Gbps 速率以上的光模块(单纤双向或双纤双向，单模或多模)；指示灯选用 STANLEY公司的1211F Series贴片LED二极管。
如图2所示，4个RJ45以太网接口(我们以第1个以太网接口为例，其余3个均一样)，第1个以太网RJ45接口J1连接外部双绞线、内部连接以太网信号复合PHY芯片U1的第1个输入/输出信号对TXVP-0/TXVN-0，同样其它3路以太网信号也连接到U1的第2、3、4对输入/输出信号口。以太网信号复合PHY芯片U1的QSGMII接口连接高速光模块F1数据口，转为输入和输出2个波长的光信号，光信号通过光接口J5，连接到外部光纤；
时钟模块U2的时钟线连接以太网信号复合PHY芯片U1的参考时钟差分信号对REFCLKP/N，用作网络时钟锁相参考时钟。
电源模块U3输出3组直流电压，分别为1.0V、2.5V、3.3V，这些电压分别连接到U1、光模块F1、单片机等芯片的的对应电源输入管脚，作为内部电路的工作电源。
模式设置单片机U4通过MDC/MDIO接口连接U1，用于设置U1的工作参数和读取U1的工作状态。这样可以设置各个端口的工作速率、直通/ 交叉方式，读取端口通断情况、光纤口的通断情况等。
接口指示灯模块LED通过LED(0:3)接口连接用于U1，指示各个RJ45 接口和光模块接口以及U1芯片的工作状态和光端机异常告警。
以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (6)
1.一种多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，其特征在于，它包括发射机和接收机，且发射机和接收机成对使用；所述的发射机和接收机均包括以太网信号复合PHY芯片U1、光模块F1、光纤接口以及多个RJ45以太网接口，其中，
在发射机中，各RJ45以太网接口作为信号输入端将外部对应系统的千兆物理隔离的以太网信号接入，各RJ45以太网接口的输出端与以太网信号复合PHY芯片U1相连，所述的以太网信号复合PHY芯片U1对前述信号进行复合编码，且以太网信号复合PHY芯片U1与光模块F1相连，光模块F1与光纤接口相连，通过光纤将复合编码信号传输至远端接收机，远端接收机的光纤接口作为信号接收端与光模块F1相连，所述的光模块F1与以太网信号复合PHY芯片U1相连，以太网信号复合PHY芯片U1解复用出千兆物理隔离的以太网信号，通过对应的RJ45以太网接口的输出。
2.根据权利要求1所述的多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，其特征是所述的发射机和接收机中，所述的RJ45以太网接口最多为四个，各RJ45以太网接口一一对应，即发射机的1号网口对应接收机的1号网口，发射机的2号网口对应接收机的2号网口，以此类推，接口之间互相物理隔离。
3.根据权利要求1所述的多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，其特征是所述的发射机和接收机还包括时钟模块U2，所述的时钟模块U2连接以太网信号复合PHY芯片U1的参考时钟输入端，作为网络时钟锁相参考时钟；所述的时钟模块U2采用125Mhz时钟模块U2。
4.根据权利要求1所述的多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，其特征是所述的发射机和接收机还包括电源模块U3，所述的电源模块U3输出三组电压，分别连接到安全光端机中各模块的电源输入端，作为工作电源。
5.根据权利要求1所述的多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，其特征是所述的发射机和接收机还包括模式设置单片机，所述的模式设置单片机通过MDC/MDIO接口连接以太网信号复合PHY芯片U1，用于设置工作参数和读取工作状态。
6.根据权利要求1所述的多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机，其特征是所述的发射机和接收机还包括接口指示灯模块，用于指示各个RJ45接口和光模块F1接口以及以太网信号复合PHY芯片U1的工作状态和光端机异常告警。
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| CN202022327406.4U CN212935904U (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 多路物理隔离千兆以太网单芯片安全光端机 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114244386A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-25 | 中航光电科技股份有限公司 | 一种车载数据通讯光端机 |
| CN114285478A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-05 | 上海航天科工电器研究院有限公司 | 一种基于usb2.0信号传输的光端机及传输方法 |
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2020
- 2020-10-19 CN CN202022327406.4U patent/CN212935904U/zh active Active
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