1分2光分路器结构配置
电力系统无线通信pkm协议采用c/s模式,ss发送认证请求,bs接到请求后认证该ss并发回相应的回应。1分2光分路器认证通过后,ss发出tek请求,bs接到请求后将用ak加密过的tek发回给该ss。ss的请求采用pkm-req消息,1分2光分路器bs的回应采用pkm-rsp消息。pkm协议由认证过程、授权过程和tek交换更新过程组成,分别对应认证状态机、1分2光分路器sa-tek三次握手过程和tek状态机。认证过程是ss和bs相互确认对方的身份;sa-tek过程是bs向ss授权它能够访问的服务(通过安全关联的形式授权);1分2光分路器tek状态机是为每个安全关联更新通信密钥(tek)。
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与同轴电缆传输系统一样,光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配,这就需要光分路器来实现。光分路器又称分光器,是光纤链路中最重要的无源器件之一,是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件,常用m×n来表示一个分路器有m个输入端和n个输出端。在光纤catv系统中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它们组成的1×n光分路器。
1.光分路器的分光原理 光分路器按原理可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种,熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成;平面波导型是微光学元件型产品,采用光刻技术,在介质或半导体基板上形成光波导,实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似,它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合(耦合度,耦合长度)以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量,反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格便宜、容易与外部光纤连接成为一整体,而且可以耐孚机械振动和温度变化等优点,目前成为市场的主流制造技术。
熔融拉锥法就是将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰,在高温加热下熔融,同时向两侧拉伸,最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构,通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度,可得到不同的分光比例。最后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内,这就是光分路器。这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致,在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致,此种情况容易导致光分路器损坏,尤其把光分路放在野外的情况更甚,这也是光分路容易损坏得最主要原因。对于更多路数的分路器生产可以用多个二分路器组成。
2.光分路器的常用技术指标(1) 插入损耗。 光分路器的插入损耗是指每一路输出相对于输入光损失的db数,其数学表达式为:ai=-10lg pouti/pin ,其中ai是指第i个输出口的插入损耗;pouti是第i个输出端口的光功率;pin是输入端的光功率值。
(2) 附加损耗。 附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的db数。值得一提的是,对于光纤耦合器,附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标,反映的是器件制作过程的固有损耗,这个损耗越小越好,是制作质量优劣的考核指标。而插入损耗则仅表示各个输出端口的输出功率状况,不仅有固有损耗的因素,更考虑了分光比的影响。因此不同的光纤耦合器之间,插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣。对于1*n单模标准型光分路器附加损耗如下表所示:
分路数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16
附加损耗db 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2
(3) 分光比。 分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值,在系统应用中,分光比的确是根据实际系统光节点所需的光功率的多少,确定合适的分光比(平均分配的除外),光分路器的分光比与传输光的波长有关,例如一个光分路在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50:50;在传输1.5μm的光时,则变为70:30(之所以出现这种情况,是因为光分路器都有一定的带宽,即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度)。所以在订做光分路器时一定要注明波长。
(4) 隔离度。 隔离度是指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。在以上各指标中,隔离度对于光分路器的意义更为重大,在实际系统应用中往往需要隔离度达到40db以上的器件,否则将影响整个系统的性能。
另外光分路器的稳定性也是一个重要的指标,所谓稳定性是指在外界温度变化,其它器件的工作状态变化时,光分路器的分光比和其它性能指标都应基本保持不变,实际上光分路器的稳定性完全取决于生产厂家的工艺水平,不同厂家的产品,质量悬殊相当大。在实际应用中,本人也确实碰到很多质量低劣的光分路器,不仅性能指标劣化快,而且损坏率相当高,作于光纤干线的重要器件,在选购时一定加以注意,不能光看价格,工艺水平低的光分路价格肯定低。
此外,均匀性、回波损耗、方向性、pdl都在光分路器的性能指标中占据非常重要的位置。
安全机制中一个重要的环节就是密钥的交换或者分发,在ieee802.16协议中就是bs如何将密钥安全的分发给经过授权的ss。要实现这一点,bs首先要对ss进行认证,只有认证通过bs才会将密钥分发给这个ss。同样ss也会认证bs,ss只会和认证通过的bs进行密钥的交换过程。认证的结果使得ss和bs互相信任,bs将ss可以使用的服务授权给ss,同时bs和ss拥有了共享的密钥数据(ppak或msk),这个密钥不是用来加密通信数据的密钥,它只是根密钥,用来衍生安全子层密钥层次中的其他密钥。由于长期使用同一个密钥是不安全的,侵入者可能会利用大量的明文/密文破解出密钥数据,因此需要周期性地更新ak和tek,这就需要认证过程和tek的分发过程周期性的进行。
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