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网络-光网络与国网硬加密
2026/10/14 1:45:19 网站建设 项目流程

目录:

一、光纤的真实速度

二、名词解释

1、EPON

2、PON

3、PSTN

4、ODF

5、ONU

6、跳纤

三、功能描述

四、组网配件

1、单模光纤与多模光纤

2、光模块与光纤收发器

3、尾纤

五、国网双向硬加密

1、外接安全加密模块

2、终端内嵌加密芯片


注:以下内容都是本人亲自操作并成功连接上电力公司主站(硬加密),过程详细,照着做即可成功。


一、光纤的真实速度

光纤传输的光波本质上属于电磁波,而网线传输的电也是电磁波,理论上速度不会差太多。其实光在玻璃中的传输速度还不如电在铜中的传输速度,如下图1.1.1。

图1.1.1 光纤与铜线的传输速度

单说速度光纤还不如铜线,那为什么在通讯方面,光纤取代了铜线呢?

由于通讯传输的是数据, 简单来说就是一个个连续的高低电平。而数据传输的快慢得看单位时间内传输了多少个高低电平。

在铜线中传输数据时,由于趋肤效应的存在,频率越高趋肤效应越严重 ,有关内容移步:趋肤效应的通俗理解与集肤深度计算 ,那么其通讯的通道就越窄 。但光纤就不会,如下图1.1.2 所示。

图1.1.2 通讯的通道

在交流条件下,由于导体内部电磁场能量的消耗,电流集中于导线表面,这就是趋肤效应。受趋肤效应影响,在交流条件下的导线的实际电阻较直流时大,且频率越高,电阻越大。

二、名词解释

1、EPON

EPON(Ethernet Passive Optical Network以太网无源光网络),顾名思义,是基于以太网的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。

2、PON

PON(Passive Optical Network:无源光纤网络)。 PON(无源光网络)是指(光配线网中)不含有任何电子器件及电子电源,ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成,不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端(OLT),以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元(ONUs)。在OLT与ONU之间的光配线网(ODN)包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。

PON 系统结构主要由中心局的光线路终端(OLT)、包含无源光器件的光分配网(ODN: Optical Distribution Network)、用户端的光网络单元/光网络终端(ONU/ONT Optical Network Unit /Optical Network Terminal) 组成,其区别为 ONT 直接位于用户端,而 ONU 与用户之间还有其它网络,如以太网) 以及网元管理系统(EMS)组成,通常采用点到多点的树型拓扑结构。

PON 网络的突出优点是消除了户外的有源设备,所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。而且这种接入方式的前期投资小,大部分资金要推迟到用户真正接入时才投入。它的传输距离比有源光纤接入系统的短,覆盖的范围较小,但它造价低,无须另设机房,维护容易。因此这种结构可以经济地为居家用户服务。

3、PSTN

PSTN(Public Switched Telephone Network)定义:公共交换电话网络,一种常用旧式电话系统。即我们日常生活中常用的电话网。工作原理:公共交换电话网络是一种全球语音通信电路交换网络,包括商业的和政府拥有的。

公共交换电话网络是基于标准电话线路的电路交换服务,用来做为连接远程端点的连接方法。典型的应用有远程端点和本地LAN 之间的连接和远程用户拨号上网。

4、ODF

光纤配线架(Optical Distribution Frame)用于光纤通信系统中局端主干光缆的成端和分配,可方便地实现光纤线路的连接、分配和调度等。

图2.4.1 光纤配线架

通讯终端箱,作用类似于 ODF 光纤配线架。

图2.4.2通讯终端箱

5、ONU

‌‌ONU设备是‌ Optical Network Unit(光网络单元)的缩写,是一种网络设备,通常被用作连接用户设备和光纤网络的桥梁‌。ONU 设备通过‌ ODN(光分配网络)连接到‌ OLT(光线路终端),接收 OLT 的广播信息、相应测距及功率控制命令,负责向用户提供数据、IPTV、语音等业务服务。‌

图2.5.1 ‌‌ONU设备

6、跳纤

两端都是端接好的连接器,好像两根尾纤连在一起,作用是直接连接设备的端口。

三、功能描述

OLT 是指 Optical Line Terminal(光线路终端),用于连接光纤干线的终端设备。

OLT 设备在 PON 技术应用中,OLT设备是重要的局端设备,可以与前端(汇聚层)交换机用网线相连,转化成光信号,用单根光纤与用户端的分光器互联;实现对用户端设备 ONU 的控制、管理、测距;并和 ONU 设备一样,是光电一体的设备。

(1)向 ONU(光网络单元)以广播方式发送以太网数据。

(2)发起并控制测距过程,并记录测距信息。

(3)为 ONU 分配带宽;即控制 ONU 发送数据的起始时间和发送窗口大小。

EPON 无源光网络系统中的局端设备(OLT),是一个多业务提供平台,同时支持 IP 业务和传统的 TDM(时分复用)业务。放置在城域网边缘或社区接入网出口,收敛接入业务并分别传递到 IP 网。

EPON 无源光网络系统组网灵活,下联半径 20公里范围内处于业务接入点的多个终端,构成 EPON 系统网络。该系统可支持多种业务模式,适应多种工作环境,为用户提供 FTTx系列解决方案。

OLT除了提供业务汇聚的功能外,还是集中网络管理平台。在 OLT 上可以实现基于设备的网元管理和基于业务的安全管理和配置管理。不仅可以监测、管理设备及端口,还可以进行业务开通和用户状态监测,而且还能够针对不同用户的 QoS/SLA 要求进行带宽分配。

OLT路由功能测试方法可用CDRouter进行全自动测试,有 OLT 的典型组网方式如下图:

一方面将承载各种业务的信号在局端进行汇聚,按照一定的信号格式送入接入网络以便向终端用户传输,另一方面将来自终端用户的信号按照业务类型分别送入各种业务网中可分为三部分。

1)核心部分:包括汇聚分发、业务处理和 ODN 适配功能。

2)业务部分:提供业务接口功能,包括接口适配、接口保护等,以及在需要时具有特定业务的信令处理和媒质传输制式的转换功能。

3)公共部分:包括供电与 OAM(Operation Administration and Maintenance操作维护管理)功能。

四、组网配件

1、单模光纤与多模光纤

1)光纤的核心原材料

光纤预制棒是制造石英系列光纤的核心原材料。简单地说,用于拉光纤(丝)的玻璃特种预制大棒。

光纤预制棒(英文名称:Optical Fiber Preform 或 Fiber Preform)是具有特定折射率剖面并用于制造光导纤维(简称光纤)的石英玻璃棒。预制棒一般直径为几毫米至几十毫米(俗称光棒)。光纤的内部结构就是在预制棒中形成的。

图4.1.1 光纤预制棒

2)单模光纤

只有一种传输模式,光在单模光纤中直线传播,无反射。单模光纤纤芯直径 8um-10um,包层直径位 125um。以激光器为光源,可以精确控制;采用黄色的保护套。通常用于远距离传输,传输距离大于 5公里,1000BASE-ZX 标准的光纤可以传输 70公里。通常按波长可分为 850nm 和 1300nm 两个波长,按输出功率可分为普通 LD、高功率 LD、DFB-LD(分布反馈光器件)。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是 G.652,其线径为9微米,还有 G.653、G.654、G.655。

3)多模光纤

可以承载多路光纤信号,可以传输多种模式的光。多模光纤直径 5um-62.5um,包层直径为 125um。以 LED 作为光源,产生的光较为分散;多为橙色或者水绿色的保护套。用于短距离的光纤传输,比如同一建筑物内或是园区内,传输距离再在 2公里以内。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是 G.651。

图4.1.2 单模光纤与多模光纤

图4.1.3 单模光纤与多模光纤

现今市面上的很多光收发器采用了单纤波分复用的方式,通常是将 1310nm、1550nm 两种不同的波,光收发器成对使用,比如 A 是 1310nm收光,1550 发光,那么 B 就是 1310发光,1550nm 收光。

4)多模和单模光纤传输设备

2、光模块与光纤收发器

单模的波长(1310 或者 1550),那就必须的用单模的收发器;多模的波长(850 或者 1310)就必须用多模的收发器。

单模的收发器比多模的收发器贵几十元,单模光纤收发器一端是接光传输系统,另一端(用户端)出来的是 10/100M以太网接口,其主要原理是通过光电耦合来实现通讯,对信号的编码格式没有什么变化。

图4.2.1 光模块结构图

市购电口光模块,完成 SFP光口转 RJ45接口,直连网线,即插即用,无需设置,快速安装。

图4.2.2 光口转RJ45模块

1)光模块

光模块是进行光电和电光转换的光电子器件。光模块的发送端把电信号转换为光信号,接收端把光信号转换为电信号。光模块按照封装形式分类,常见的有 SFP、SFP+、SFF,千兆以太网路界面转换器(GBIC)等。

2)光纤收发器

光纤收发器,是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元,在很多地方也被称之为光电转换器(Fiber Converter)。有了光纤收发器,也为需要将系统从铜线升级到光纤,为缺少资金、人力或时间的用户提供了一种廉价的方案。光纤收发器的作用是将要发送的电信号转换成光信号,并发送出去,同时能将接收到的光信号转换成电信号,输入到接收端。

A端发射,B端接收。首先光纤收发器按光纤芯数分类有 2种,一种是单模双纤光纤收发器,一种是单模单纤光纤收发器。A、B 只有单模单纤光纤收发器才会使用到。

因为单模单纤收发器它是通过一芯光纤来传输,那么发射和接收光都是同时通过一根光纤芯来传输。这样的情况,要实现正常通讯就必须用到 2种波长的光来区分。

因此单模单纤收发器的光模块发射光波长就有 2个,一般是 1310nm/1550nm,远距离是 1490nm/1550nm。这样一对收发器的互连的2端就会存在区别,一端收发器发射 1310nm、接收 1550nm。另一端则是发射 1550nm、接收 1310nm。那么方便用户区分,一般就会用字母来代替。

就出现了 A端(1310nm/1550nm)、B端(1550nm/1310nm),用户使用必须 AB 配对使用。不可 AA 或者 BB 连接。

3)什么是RJ45接口

RJ45是布线系统中信息插座(即通信引出端)连接器的一种,连接器由插头(接头、水晶头)和插座(模块)组成,插头有 8个凹槽和 8个触点。RJ 是Registered Jack的缩写,意思是“注册的插座”。在 FCC(美国联邦通信委员会标准和规章)中 RJ 是描述公用电信网络的接口,计算机网络的RJ45是标准8位模块化接口的俗称。

图4.2.3 RJ45线序

RJ45插头又称为RJ45水晶头(RJ45 Modular Plug),用于数据电缆的端接,实现设备、配线架模块间的连接及变更。对 RJ45水晶头要求具有良好的导通性能;接点三叉簧片镀金厚度为 50μm,满足超5类传输标准,符合 T568A 和 T568B 线序;具有防止松动、插拔、自锁等功能。

RJ45插头是铜缆布线中的标准连接器,它和插座(RJ45模块)共同组成一个完整的连接器单元。这两种元件组成的连接器连接于导线之间,以实现导线的电气连续性。

图4.2.4 RJ45水晶头实物

4)光模块和光纤收发器区别

(1)光模块是一个功能模块,或者说配件,是不能单独使用的无源设备,只有插在交换机和带光模块插槽的设备里使用;而光纤收发器属于功能器件,是单独的有源设备,加上点元就可以单独使用;

(2)光模块本身可以简化网络,减少故障点,而光纤收发器的使用则会增加不少设备,大大增加故障率且太占据机构存放空间,并不美观;

(3)光模块支持热插拔,配置相对灵活;光纤收发器属于相对固定,更换升级会比光模块要麻烦的多;

(4)光模块比光纤收发器贵,但却相对稳定得多,不易损坏;而光纤收发器对经济适用,但要考虑电源配适器、光线状态、网线状态等多方面因素,传输损耗占据 30% 左右;

(5)光模块主要用于光网络通信设备上如汇聚交换机、核心路由器、DSLAM、OLT 等设备的光接口,如:电脑视频、数据通讯、无线语音通信等光纤网络的主干网;光纤收发器应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网路环境中,且通常定位于宽带城域网的接入层应用;

5)光模块和光纤收发器注意

波长和传输距离必须保持一致,比如波长同时为 1310nm 或者 850nm,传输距离都是 10km;光纤跳尾或尾纤必须是相同接口才能够连接,一般光纤收发器采用 SC口,光模块采用 LC口。这一点在采购时会有提示接口类型的选择。同时,光纤收发器与光模块的速率必须一样,比如千兆收发器对应 1.25G光模块,百兆连百兆,千兆连千兆;光模块的光线类型必须相同,单纤对单纤,双纤对双纤。

3、尾纤

一端是端接好的连接器,一端是光纤(好像跳线剪断一头);作用是熔接,光缆敷设好后,一端需要连接在光纤连接器上,所以将光缆的末端和尾纤的没有头的一端溶解起来,这样光缆就有了连接器,可以与设备相连。

五、国网双向硬加密

站所终端DTU、馈线终端FTU 等,都是常见的配网终端设备,目前终端设备与自动化主站系统大多采用无线的方式进行通信。相比传统的有线通讯,无线通讯具有成本低、功耗低、灵活度高等优点,但是无线网络面临着无法保障数据安全可靠的问题。

为了防止黑客攻击,保障电网运行安全,国网推出一款专用于配网终端的 SCY系列硬加密芯片。该加密芯片具备 SM1、SM2、SM3国密算法,真随机数发生器等多种安全性保护机制,可有效保证数据传输、存储的机密性和完整性。

电科院做认证,每一台都要认证,需收费(1个钥匙 1000.00左右)比较贵。目前江苏有 IEC60870-5-104硬加密,其它地方都是 IEC60870-5-101硬加密,江苏 IEC60870-5-104规约有时通过无线发送出去。

1、外接安全加密模块

1)概述

带国网硬加密的 GPRS模块(比如:InDTU332)通过“配电终端证书管理工具”,导出加密芯片的唯一识别号(SSN)。此 SSN 提供给供电公司,由供电公司提交电科院;再由电科院生成一个文件(3个工作日以内),此文件返给主站方。

需在联网的情况下操作,详细过程请移步:配电终端硬加密详细介绍,照着做即可成功。

(1)测试 usbkey 用于导出证书给电科院,切记成功导出一次后不能再次导出,否则会出现重复现象,调试时主站报错;

(2)正式 usbkey 用于导入证书给终端。两个证书分工不同,先后次序不能反。

赣州供电公司提供的北京智芯微usbkey:

2)基础信息维护

插入测试 usbkey,出现驱动安装失败。​

使用360驱动大师成功捕捉到 USB智能卡读卡器公版程序,安装即可。​

3)测试usbkey导出证书

4)导入正式证书进终端

5)部分加密报文​

2、终端内嵌加密芯片

1)南瑞安全芯片NRSEC3000

2)智芯微安全芯片SC1161Y

移步:南瑞、智芯微安全芯片-技术规格书,另收录于百度网盘“安全芯片 NRSEC3000 硬件使用手册 v1.5.doc”与“国网配电终端安全芯片 SC1161Y 产品手册 V1.1.0”。


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