塑料光纤是由高折射率的聚合物材料为纤芯，低折射率的聚合物材料为包层所构成的信息传输线路，利用光的全反射原理将调制解调后的信号进行传输[1]。光纤纤芯是光密介质，其包层为光疏介质，提供一个信源信号进行入射传输，当选择一个合适的入射角度时，信源信号以波的形式在塑料光纤的内部不断发生全发射效应从而完成信号的有效传输[2]。塑料光纤的出现为工业网络通信传输的模式提供新的解决思路。目前，塑料光纤通信正逐步替代传统铜缆通信。塑料光纤的通信容量大，容错率较高，同时传输速度快，信息误码率相对于铜缆通信较低，而且由于塑料材质的特点，塑料光纤质量较轻，在工业网络进行有效部署的过程中，能够有效节省材料。玻璃光纤也具有塑料光纤的通信优点，信息传输速率高、容量大，但玻璃材质强度低，抗挠曲性能差，通信线路脆弱，难以在工业环境中确保通信传输质量。塑料光纤通信在工业网络中具有广泛的应用，如在纺织、造纸、冶金、纸张、金属薄膜、板带等，在生产过程中都需要生产信号与控制信号的快速稳定传输。目前，生产工艺对制造过程中传输系统误码率具有较低的标准与要求[3]。为提高光纤通信质量，提高生产效率，在生产过程中对基于直接路由负载均衡(DRN)的塑料光纤传输系统误码率进行研究。1光纤传输系统概述光纤传输具有通信传输介质较大的优点，但对光源信息传输损耗较大[4]。传输系统误码率较高是一直以来研究的重点与难点。玻璃光纤采用光信号传输的信息损耗值在0.l5 dB/km，相当于实际部署传输线路在20 km时，光信号强度下降约为一半；采用塑料光纤的信息损耗约l00~300 dB/km，相当于在实际部署传输线路小于20 km时，光信号强度下降约为一半[5-6]。对于塑料光纤的传输损耗问题，Liu等[7]采用界面凝固技术有效提升了塑料光纤的性能，使信息损耗程度显著降低。我国引进了渐变折射率分布型塑料光纤(GI-POF)技术与无源全光局域网(POL)组网技术[8]，有效推动了塑料光纤的发展历程。塑料光纤按其芯-皮折射率分布不同可分为阶跃折射率分布型塑料光纤和渐变折射率分布型塑料光纤(GI-POF)[9]。通常情况下塑料光纤主要由1 mm左右的光纤单元构成，相比于玻璃光纤，塑料光纤具有很好的柔韧性与灵活性，可以部署在机械结构较为复杂的生产设备上。POL是当前工业中最新应用的新型局域网组网方案，将数据、语音、视频、无线接入等不同的业务合并在一张光纤网络中来实现，继承了无源光网络(PON)大带宽、高可靠性、低时延、扁平化、易部署、易管理等优点，是智慧园区、制造企业等不同场景的最佳选择。在POL网络中，每个PON接口初始设定为10G的带宽。当需要进一步升级时，对于高带宽的深度拓展，只需要更换接口端与终端的光模块设备，升级步骤简易，实际操作便捷。根据塑料加工制造园区POL网络解决方案分析可知，部署网络层级简单，方便维护管理，故障点少，网络可靠性高，网络的运维开支可大大缩减。2传输布线系统与误码率分析塑料光纤作为综合布线系统工程的一种传输介质，应用范围愈加广泛。由于工业车间室内应用环境比较特殊，工业环境中塑料光纤传输系统不仅需要满足阻燃性、力学特性和光传输特性，同时需要满足抗毒性、腐蚀性及低烟度的特性。工业综合布线系统中，垂直系统中塑料光纤的楼层提升，水平系统中通信狭小空间及穿越高压充气空间的通信应用等均对室内塑料光纤传输系统提出不同的要求。工业环境中塑料光纤传输大多采用紧套光纤或单芯缆为基本单元，中间使用芳纶纱加强，外围采用阻燃护套包裹。塑料光纤进入大楼后，需要提供入口设备、设备房或计算机房与楼层通信橱间连接，称为“垂直布线系统”。此时，塑料光纤传输系统多位于楼层间竖井的立式管道内。工业网络应用过程中，需要对光纤传输的速率进行有效衡量。在数据传输中，采用数学统计法对比特误差进行统计。在实际试验验证过程，采用算法编程统计出接收信道中数据流由于噪声、干扰等因素发生信号改变的数目。通常将比特差错率，简称为误码率，主要用于一段时间内对于传输比特信息的差错数目进行统计衡量，即采用单位时间内的误码数目除以信息传输的总数，误码率pe用于衡量信息传输的质量特点，用百分比的形式进行表示。在实际的测试过程中，由于传输速率与带宽的实际配置，误码率的研究通常应用于实验室的仿真测试，采用信息包进行通信质量的测试与分析。引入包错误率的概念进行分析，误包率(PER)是错误接收的数据包的数量除以接收到的数据包的总数。若包中至少有一个比特错误，则会被认为存在差错。PER的期望值称为包错误概率pp。设差错比特间相互独立，长度为N比特的数据包的PER可以表示为：pp=1-1-peN (1)3系统设计实现搭建塑料光纤传输仿真系统进一步进行误码率的验证分析。仿真过程中将信号源数据进行编码与脉冲调制，采用信号映射方式进一步形成数字调制信号。仿真过程中发送滤波器采用矩形波脉冲，为更好地对误码率进行研究，模型假设信源等概率进行传输发送，考虑复杂环境的信息传输影响，引入噪声信号进行分析，经过匹配滤波器接收后，经过判决器输出。图1为网络信号的模拟传输过程，数字信号在矩形脉冲信号的搭载下进行信息的传输，并在调制解调器的作用下进行信号还原[10]。从图1可以看出，输入信号在脉冲调制信号作用下实现了信号传输接收与信号还原。通过DRN进行系统通信调试的有效实现。图1系统通信调试结果Fig.1System communication debugging results10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.F001(a)脉冲调制信号10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.F002(b)输入信号10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.F003(c)接收信号10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.F004(d)输出信号还原图2为基于DRN的系统通信调试结果。从图2可以看出，通信效果的验证能够进一步分析出DRN的实际效果，为了更好地模拟工业现场的复杂环境通常要引入噪声信号进行仿真分析。不规律的噪声信号对于调制解调信号有一定的干扰作用，可以进一步对基于DRN的塑料光纤传输系统误码率进行分析。图2基于DQN系统通信调试结果Fig.2Communication debugging results based on DQN system10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.F005(a)脉冲调制信号10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.F006(b)输入信号10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.F007(c)接收信号10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.F008(d)输出信号还原分别选取5、7、10、12、15 km的测试距离。每次发出1 000个数据包，通过网络路由调试助手进行接收，统计分析数据包接收结果，表1为测试统计结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.023.T001表1系统误包率测试Tab.1System packet error rate test编号通信距离/km发送数据包正确数据包PER1510009970.32510009980.23710009980.24710009960.451010009950.561010009930.771210009950.581210009920.891510009930.7101510009910.9系统误包率(PER)越小，通信系统质量越高。从表1可以看出，PER保持在0.2%~0.9%之间，该通信系统信息传输质量较高，稳定性好，满足工业实际要求。4结论参考工业用塑料光纤系统通信模型，结合直接路由负载均衡(DRN)技术进行通信系统的构建与仿真设计。仿真过程中将信号源数据进行编码与脉冲调制，并采用信号映射的方式进一步形成数字调制信号。为更好地验证工业现场复杂的环境特点，引入噪声信号对于通信传输进行验证，对于传输系统的误码率进行研究。同时网络路由调试助手对于单个PON接口进行系统误包率测试，结果表明，误包率保持在0.2%~0.9%。基于DRN的塑料光纤传输系统误码率研究，能提高工业网络的通信质量与传输速度，进而提升生产线的智能化水平。