一种用于飞艇的光纤通信系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于飞艇的光纤通信系统。在飞艇的每个子系统中分别设置光纤通信装置，该光纤通信装置包括光发射模块、光接收模块、输入接口、输出接口和协议控制模块；协议控制模块根据配置协议对当前子系统的用户数据进行处理，并通过输入接口将电信号发送至光发射模块；光发射模块将电信号调制成已调光信号并耦合到光纤；光接收模块将光信号转变为电信号，通过输出接口发送至协议控制模块；协议控制模块对接收的数据包进行解析并处理。环境控制模块用于监测周围温度，使得光纤通信装置处于稳定的工作环境中。本光纤通信系统可以灵活地更换和扩展，具有抗电磁干扰、传输质量佳、可靠性更高等优点。
【专利说明】一种用于飞艇的光纤通信系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于飞艇的光纤通信系统，属于飞艇【技术领域】。
【背景技术】
[0002]飞艇是一种轻于空气的航空器，其升空原理和气球相同，但可以进行有动力航行和操纵。飞艇是一个复杂的综合系统，通常包括结构、动力系统、中心计算机系统、遥控遥测系统、起飞着陆系统以及电力电源系统等多个子系统。中心计算机系统负责飞艇的飞行控制、导航及艇务管理以保证飞艇的飞行安全，同时采用压力、保型、温度、浮力控制保证飞艇的结构稳定。各子系统与中心计算机之间的距离根据飞艇的大小会从几米到几百米不等。
[0003]目前常见的飞艇设计方案中，飞艇各子系统与中心计算机(艇载计算机)之间常采用电缆或者无线通信方式。然而采用电缆通信，大量的电缆增加了飞艇的负荷。由于巨型飞艇的各子系统与中心计算机之间的距离很远，电缆的重量就会影响飞艇的结构设计，成为飞艇负荷中不可忽视的因素。而电缆通信采用RS232、CAN以及RS485协议，其传输速率有限，难以支持高速应用的需求，如视频的监控及传输。有线通信的速率受距离影响。例如采用CAN协议，10米左右距离时点对点通信的速率可达IMb/s，100米左右距离时则降低为100k/S，300米左右距离时只能达到25K/s。如果采用无线通信方式(参见中国专利文献CN201584918U)，由于Zigbee协议的速率低，仅适用于简单的监视、控制信息传输。其次，高空的空间电磁环境复杂，无线通信易受干扰。此外，无线网络可能会受到攻击，无线信号很容易被截获和窃听。
[0004]随着光纤技术的不断发展，光纤通信却有着电缆通信、无线通信无法比拟的优势。例如申请号为200980104509.8的中国专利申请中，公开了一种用于安装在诸如汽车和飞行器等载客交通工具上的交通工具信息系统的光分发系统。该系统由于重量轻、体积小且即使需要也只需要很少电力。然而该光分发系统只适用于载客的飞行器中，对于工作于高空以及超高空的飞艇来说，却有明显的不足。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于飞艇的光纤通信系统。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案:
[0007]—种用于飞艇的光纤通信系统，在飞艇的每个子系统中分别设置光纤通信装置，所述光纤通信装置包括光发射模块、光接收模块、输入接口、输出接口和协议控制模块；其中，
[0008]所述协议控制模块根据配置协议对当前子系统的用户数据进行处理，并通过所述输入接口将电信号发送至所述光发射模块；所述光发射模块将所述电信号调制成已调光信号并耦合到光纤后，发送至其他子系统；
[0009]所述光接收模块将其他子系统传输来的光信号转变为电信号，通过输出接口发送至所述协议控制模块；所述协议控制模块对接收的数据包进行解析，并将数据包的地址信息与当前子系统的地址进行对比，若匹配则处理，否则进行转发或者丢弃。
[0010]其中较优地，每个光纤通信装置中还包括环境控制模块；所述环境控制模块包括温度采集单元、控制单元、制冷单元和加热单元；控制单元对温度采集单元的数据进行分析，并根据预先配置的协议判断是否需要启动制冷单元或加热单元。
[0011]其中较优地，所述子系统的光纤通信装置采用链型连接、环型连接和星型连接方式中的任意一种。
[0012]其中较优地，采用链型连接方式时，位于中间的子系统中包括两套光纤通信装置，两套光纤通信装置共用一个协议控制模块；
[0013]发送方子系统的所述协议控制模块将数据包的目的地址设为接收方子系统的地址后发送；途径的子系统将所述数据包中目的地址与本地地址进行对比，若相同则进行处理，否则转发至下一子系统。
[0014]其中较优地，采用环型连接方式时，每个子系统包括两套光纤通信装置，两套光纤通信装置共用一个协议控制模块；
[0015]发送方子系统的所述协议控制模块将数据包的目的地址设为接收方子系统的地址后发送；途径的子系统将数据包中目的地址与本地地址进行对比，若相同则进行处理，否则转发至下一子系统。
[0016]其中较优地，采用星型连接方式时，N个子系统分别与中心计算机子系统连接；所述中心计算机子系统包括N套光纤通信装置，所述N套光纤通信装置共用一个协议控制模块，其中N为正整数；
[0017]所述中心计算机子系统的协议控制模块根据数据包中的源地址字段查询子系统列表，判断该子系统是否存在；
[0018]若存在，则对数据包进行分析:若数据包的目的地址为本地地址，则接收数据包并处理其信息字段；若数据包的目的地址字段为其他子系统，则根据数据包中的目的地址字段转发所述数据包。
[0019]与现有技术相比较，本发明具有以下优点:
[0020]1.由于光纤传输的大容量和高速度，本发明提供的光纤通信系统支持高达IG的传输速率，并可以灵活扩展至10G。这使得飞艇可以支持高速率的应用载荷，如实时视频监控和传输等。
[0021]2.飞艇各子系统之间的距离可以极大扩展，飞艇的尺寸不再受限于传统传输技术对传输距离的限制。本发明中任意两个子系统之间的距离可达I千米以上，并可以很容易地扩展以支持更远的传输距离。这对建造大型甚至巨型飞艇带来极大的好处。
[0022]3.设计灵活，可扩展性强。本发明可用于各种不同的拓扑结构，包括点对点、链型、星型、环型及混合拓扑等。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明所提供的光纤通信装置的原理示意图；
[0024]图2为各个子系统之间米用双向通信方式的原理不意图；
[0025]图3为子系统之间采用链型拓扑结构的示意图；
[0026]图4为子系统之间采用环型拓扑结构的示意图；
[0027]图5为子系统之间采用星型拓扑结构的示意图；
[0028]图6为采用星型拓扑结构时，中心计算机的光纤通信装置的原理示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0030]参见图1和图2，本发明所提供的飞艇光纤通信系统采用光纤作为传输介质。每个子系统中都配置有光纤通信装置，包括光发射模块、光接收模块、协议控制模块、输入接口、输出接口以及环境控制模块。其中协议控制模块分别与输入接口和输出接口连接。输入接口与光接收模块相连接，用于将接收的采集数据发送至其他子系统。输出接口与光发送模块相连接，用于接收其他子系统发送的控制或者命令。
[0031]飞艇的各个子系统通常传输采集、控制、命令、状态及视频等数据信息。本发明称之为用户数据。协议控制模块是光纤通信装置的控制核心，根据预先配置协议对数据包进行封装和解封装。各个子系统根据配置协议中地址信息确定数据的流向。通过该协议控制模块，使得该通信系统支持多种拓扑结构，如点对点、星型、链型和环型。输入接口为接收协议控制模块电信号的端口，用于将协议控制模块接收的用户数据的电信号发送至光发射模块中。光发射模块用于实现电/光转换，包括光源、驱动器和调制器。光发射模块将输入接口传输的电信号与光源发出的光波在调制器中调制成已调光信号，通过驱动器的驱动将携带用户信息的光信号耦合到光纤或光缆去传输。光接收模块用于实现光/电转换，包括光检测器和光放大器。光接收模块将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，微弱的电信号经光放大器的作用放大到足够的电平，发送至输出接口中。输出接口将光接收模块转换的电信号发送至协议控制模块中。协议控制模块对接收的电信号进行解析，根据解析的目的地址确定是否由当前子系统的本地地址一致，如果一致则进行处理发送用户数据；否则进行转发或者丢弃。由于每个子系统的光纤通信装置都需要接收和发送数据，为了实现子系统或通信节点双向通信时，光纤通信装置之间需要两条光纤传输通路(参见图2)。当然也可以采用波分复用技术，单根光纤实现双向通信。本发明采用光纤作为传输介质，使得飞艇子系统之间的传输距离和传输速率都可以很灵活的扩展。
[0032]飞艇相对于其他飞行器具有更高的工作高度，最高甚至可达50000米，而现在的普通民航客机最高飞行高度不会超过12600米。所以飞艇上的通信设备必须能适应高空的恶劣环境，包括极宽的温度范围的影响。因此在本发明中，每个节点(或者子系统)的光纤通信装置还需要配置单独的环境控制模块才能满足飞艇的工作需求。相对大体积的集中进行控制，温度采集点和控制算法都需要进行适当的调整。
[0033]环境控制模块用于调整光纤通信装置的工作环境的温度，确保光纤通信装置处于稳定的工作环境中，避免低温对通信系统的破坏。环境控制模块包括温度采集单元、控制单元、制冷单元和加热单元。温度采集单元用于采集装置工作环境中温度。控制单元对温度采集单元进行处理，并根据预先配置的协议判断是否需要启动制冷单元或加热单元。其中，制冷单元是用来对光纤通信装置进行散热的设备，通常是风扇。加热单元在低温情况下为光纤通信装置加热升温。制冷单元与加热单元都是受控制单元的控制:当温度低于设定值时，加热单元启动，达到设定范围后停止；当温度高于设定值时，制冷单元开始工作。此外，为进一步防止电磁干扰，需要通过加固机箱确保通信系统有足够的电磁密闭。因此通过该环境控制模块，能够为飞艇提供更大范围的温度调节能力。与集中控制相比，本发明的环境控制模块分散于每个通信节点中，能够精确反映局部的温度、同时信息的响应速度快。
[0034]由于飞艇的特定设计和应用需求不同，光纤通信系统的搭建方式和拓扑结构也是不同的。本发明所提供的光纤通信系统可以用于各种不同的拓扑结构，如点对点拓扑、链型拓扑、星型拓扑和环型拓扑。对于点对点的拓扑结构，这里不在赘述(参见图1)。下面详细介绍链型和星型拓扑结构。
[0035]参见图3，该光纤通信系统采用链型拓扑结构。相应地，子系统中的光纤通信装置采用链型连接方式。具体地说，飞艇中包括若干子系统和一个中心计算机子系统。除了位于端点的子系统外，其他子系统首尾相连构成了一条逻辑链路。各个子系统的顺序可以进行调整，中心计算机并不一定位于端点位置。在此种拓扑结构中，为实现双向通信，处于中间的子系统需要光接收模块、光发送模块、输入接口、输出接口各2个，协议控制模块I个。协议控制模块分别与各个模块相连接，分别控制两套收发装置与相邻的子系统进行通信。位于端点的子系统只需要配置光接收模块、光发送模块、输入接口、输出接口、协议控制模块一个。采用链型拓扑结构的光纤通信系统在进行数据传输时，中心计算机子系统向子系统N (N为正整数)发送控制信息或命令时，其协议控制模块将数据包的目的地址设为子系统N的地址，并将数据进行封装等相应的处理后通过光纤通路发送到子系统I ;子系统I的协议控制模块接收数据并提取该数据的目的地址，并将目的地址与本地地址进行对比:若与本地地址相同则对数据进行处理，否则转发至子系统2 ;子系统2与子系统I的处理过程相同，直到数据最终发到子系统N，子系统N对该数据进行处理，并执行数据中的控制信息或命令。参见图4，子系统之间的拓扑采用环型拓扑结构。相应地，子系统中的光纤通信装置采用环型连接方式。不同于链型拓扑结构，环型拓扑结构的子系统之间首尾相连，没有端点。所有子系统都需要2套光纤通信装置，其数据处理过程与链型拓扑结构类似，这里不再赘述。
[0036]参见图5，该光纤通信系统采用星型拓扑结构。相应地，子系统中的光纤通信装置采用星型连接方式。在星型拓扑结构中，中心计算机为整个通信网络的核心，所有子系统都需要与中心计算机连接，并通过中心计算机子系统与其他子系统通信。如图6所述，中心计算机则需要N套光纤通信装置，N套光纤通信装置共用一个协议控制模块。由协议控制模块控制中心计算机子系统与其他子系统的数据交换。采用星型拓扑结构处理数据时，中心计算机子系统和子系统只需在数据包中设定源地址和目的地址即可完成数据交换，各个子系统将数据包的地址信息与本地地址比较，决定是否进行处理。任意两个子系统之间通信时，必须先把数据包发送给中心计算机子系统。中心计算机子系统的协议控制模块根据数据包中的源地址字段查询子系统列表，判断该子系统是否存在。若存在，中心计算机子系统对数据包进行分析。若数据包的目的地址为中心计算机子系统，则中心计算机子系统接收数据包并处理其信息字段；若数据包的目的地址字段为其他子系统，则中心计算机子系统根据数据包中的目的地址字段是否为子系统进行数据包的转发。在星型拓扑结构中，任意两点之间通信时，处理时间和延时基本上是固定的。而在链形拓扑结构中，如果两点的距离相对较远，那么由于中间相隔多个节点，处理延时会相对较长。
[0037]综上所述，本发明相对于飞艇中传统的通信方式，具有传输速率高、容量更大，使得飞艇能够搭载更多应用。相比电缆传输，光纤通信系统具有尺寸小、重量轻的特点，降低飞艇总重量的同时便于敷设和运输。而相对于无线传输，光纤通信不易受电磁干扰的影响，具有传输质量佳、可靠性高等优点。更重要的是，光纤通信比目前任何传输媒质的损耗都低，任意两个子系统之间的距离可达I千米，并可以很容易的扩展以支持更远的传输距离，使得飞艇的尺寸不再受限于传统传输技术对传输距离的要求，这对建造大型甚至巨型飞艇带来极大的好处。其次，光通信方式可以支持高达IG的传输速率，并可以灵活扩展更高速率直至10G。这使得难以支持的高速率的应用载荷可以在飞艇上使用，如实时视频监控和传输子系统等，极大的扩展飞艇的应用领域。
[0038]上面对本发明所提供的用于飞艇的光纤通信系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
【权利要求】
1.一种用于飞艇的光纤通信系统，其特征在于在飞艇的每个子系统中分别设置光纤通信装置，所述光纤通信装置包括光发射模块、光接收模块、输入接口、输出接口和协议控制模块；其中， 所述协议控制模块根据配置协议对当前子系统的用户数据进行处理，并通过所述输入接口将电信号发送至所述光发射模块；所述光发射模块将所述电信号调制成已调光信号并耦合到光纤后，发送至其他子系统； 所述光接收模块将其他子系统传输来的光信号转变为电信号，通过输出接口发送至所述协议控制模块；所述协议控制模块对接收的数据包进行解析，并将数据包的地址信息与当前子系统的地址进行对比，若匹配则处理，否则进行转发或者丢弃。
2.如权利要求1所述的光纤通信系统，其特征在于每个光纤通信装置中还包括环境控制模块；所述环境控制模块包括温度采集单元、控制单元、制冷单元和加热单元；所述控制单元对温度采集单元的数据进行分析，并根据预先配置的协议判断是否需要启动制冷单元或加热单元。
3.如权利要求1所述的光纤通信系统，其特征在于: 所述子系统的光纤通信装置采用链型连接、环型连接和星型连接方式中的任意一种。
4.如权利要求3所述的光纤通信系统，其特征在于采用链型连接方式时，位于中间的子系统中包括两套光纤通信装置，所述两套光纤通信装置共用一个协议控制模块；其中， 发送方子系统的所述协议控制模块将数据包的目的地址设为接收方子系统的地址后发送；途径的子系统将所述数据包中目的地址与本地地址进行对比，若相同则进行处理，否则转发至下一子系统。
5.如权利要求3所述的光纤通信系统，其特征在于采用环型连接方式时，每个子系统包括两套光纤通信装置，两套光纤通信装置共用一个协议控制模块； 发送方子系统的所述协议控制模块将数据包的目的地址设为接收方子系统的地址后发送；途径的子系统将数据包中目的地址与本地地址进行对比，若相同则进行处理，否则转发至下一子系统。
6.如权利要求3所述的光纤通信系统，其特征在于采用星型连接方式时，N个子系统分别与中心计算机子系统连接；所述中心计算机子系统包括N套光纤通信装置，所述N套光纤通信装置共用一个协议控制模块，其中N为正整数； 所述中心计算机子系统的协议控制模块根据数据包中的源地址字段查询子系统列表，判断该子系统是否存在； 若存在，则对数据包进行分析:若数据包的目的地址为本地地址，则接收数据包并处理其信息字段；若数据包的目的地址字段为其他子系统，则根据数据包中的目的地址字段转发所述数据包。
【文档编号】H04B10/2575GK104079354SQ201410295077
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】黄典刚, 唐智勇, 李智斌 申请人:唐智勇