多路光矩陣切換保護設備的製作方法
2023-08-03 07:07:06
多路光矩陣切換保護設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種多路光矩陣切換保護設備，其光路部分採用N∶N-1光路矩陣切換模塊，該模塊採用99∶1光分路器分光採樣，同時採用高度集成的1個N×N光開關和N個2×1光開關實現光路切換，由於該模塊無需額外增加備用的光發設備和備用的光路，並能夠直接獲得N路傳輸光路，即能實現N路光輸入與N路光輸出，因而使得設備的成本、系統損耗和故障率也大大降低。
【專利說明】多路光矩陣切換保護設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光纖通信在線保護設備，具體涉及一種多路光矩陣切換保護設備。
【背景技術】
[0002]隨著全球信息產業的興起，光纖通訊的應用廣泛化，成為現代通信的主要支柱之一。光纖設備的複雜化、大型化、以及無阻斷通信的需求不斷上升；大容量通信光纜網已接入千家萬戶，一旦通信受阻將會面臨索賠以及失去客戶的風險。隨著現代光纖通信及微機電系統的發展，無阻斷通信系統及產品技術已經成熟，光保護系統應運而生。光纖線路保護系統即光路保護系統利用了光纖通信技術和光開關技術，對光纖通信線路、旁路、環網進行智能保護或切換，從而實現無阻斷通信的設備或系統。切換的工作原理是當探測到工作鏈路傳輸中斷或性能劣化到一定程度後，系統切換設備將主信號自動轉至備用信號系統來傳輸，從而使接收端仍能接收到正常的信號而感覺不到網絡出現了故障。
[0003]在光纖傳輸系統中，由於現有多路光矩陣切換保護設備，其中的光路部分即光路矩陣切換模塊一般用多個I X 2光開關級聯成I X N光開關後，再用N個I X 2光開關的進行備份選擇的組合方案，如圖1所示，因而需要另設一臺備用的信號源和一條備用光路，即多路光矩陣切換保護設備用於多路光發設備單臺備份保護，如有4臺光發設備則需要另外增加一臺做備用，這樣當4臺光發中的其中任意一臺設備出故障且備用設備正常時，通過全光交換儀會在毫秒級的時間內切換到備用設備上，讓系統正常工作，並告警。若兩臺或者更多設備同時出現故障時，按優先級進行切換保護。雖然現有多路光矩陣切換保護設備，但額外增設的備用的光發設備和備用的光路既會增加成本增加，又會增加系統的損耗，又會增加系統故障率。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是現有多路光矩陣切換保護設備在使用時需要額外增加備用的光發設備和備用的光路，而導致的成本、系統損耗和故障率增加的不足，提供一種多路光矩陣切換保護設備。
[0005]為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種多路光矩陣切換保護設備，主要由微處理器控制模塊、以及與微處理器控制模塊相連的功率監測模塊和光路矩陣切換模塊組成。所述光路矩陣切換模塊包括N個光分路器、N個光探測器、I個NXN光開關和N個2X I光開關；其中每個光分路器的合路輸入端各與一路光輸入口相連，每個光分路器的分路主輸出端與NXN光開關的一個輸入端相連；每個光分路器的分路輔輸出端各經過一光探測器與功率監測模塊的輸入端相連；NXN光開關的N個輸出端各接一路光輸出口。功率監測模塊的數據輸出端與微處理器控制模塊的數據輸入端相連，微處理器控制模塊的控制輸出端連接NXN光開關的控制端和N個2 X I光開關的控制端。上述N為光輸入口的個數。
[0007]上述方案中，所述N個光分路器均為99:1光分路器。
[0008]上述方案中，所述光探測器為PIN光電二極體。
[0009]上述方案中，I個NXN光開關和N個2 X I光開關集成封裝在一起。
[0010]上述方案中，N的取值範圍介於8?16之間。
[0011 ] 上述方案中，微處理器控制模塊還進一步接有通信接口模塊。
[0012]上述方案中，所述通信接口模塊為支持TCP/IP、UDP、SNMP, HTTP、ICMP、TELNET和/或FTP網絡協議的通信接口模塊。
[0013]上述方案中，微處理器控制模塊還進一步接有數據顯示模塊。
[0014]與現有相比，本發明的光路部分採用N:N-1光路矩陣切換模塊，該模塊採用99:1光分路器分光採樣，同時採用高度集成的I個NXN光開關和N個2X I光開關實現光路切換，由於該模塊無需額外增加備用的光發設備和備用的光路，並能夠直接獲得N路傳輸光路，即能實現N路光輸入與N路光輸出，因而使得設備的成本、系統損耗和故障率也大大降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為現有多路光矩陣切換保護設備的光路部分原理示意圖。
[0016]圖2為本發明多路光矩陣切換保護設備的整體結構示意圖。
[0017]圖3為圖1中光路矩陣切換模塊的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0018]一種多路光矩陣切換保護設備，如圖2所示，主要由供電電源、以及與供電模塊相連的微處理器控制模塊、通信接口模塊、數據顯示模塊、功率監測模塊和光路矩陣切換模塊組成。通信接口模塊和數據顯示模塊連接在微處理器控制模塊上。功率監測模塊連接微處理器控制模塊的輸入端，微處理器控制模塊的輸出端連接光路矩陣切換模塊。
[0019]供電電源為各模塊進行供電，在本發明中，所述供電電源實施多電源備份，包含防瞬間浪湧電路，用於保護電源及其他控制電路模塊。
[0020]通信接口模塊負責提供通信接口(網口)與外界進行通信。在本發明中，通信接口模塊支持網絡遠程管理，使用到TCP/IP、UDP、SNMP, HTTP、ICMP、TELNET、FTP等多種網絡協議，以及RS232串口通信。
[0021]數據顯示模塊通過IXD顯示屏顯示設備的主要信息，使設備的使用操作更直觀、方便。
[0022]光路矩陣切換模塊負責對光路進行切換，實現傳輸透明。上述光路矩陣切換模塊，如圖3所示，包括N個光分路器、N個光探測器、I個NXN光開關和N個2X I光開關。其中每個光分路器的合路輸入端各與一路光輸入口相連，每個光分路器的分路主輸出端與NXN光開關的一個輸入端相連；每個光分路器的分路輔輸出端各經過一光探測器與功率監測模塊的輸入端相連；NXN光開關的N個輸出端各接一路光輸出口。功率監測模塊的數據輸出端與微處理器控制模塊的數據輸入端相連，微處理器控制模塊的控制輸出端連接NXN光開關的控制端和N個2 X I光開關的控制端。上述N為光輸入口的個數，其取值範圍為4?16之間。在本發明優選實施例中,N的取值為8。在本發明中,N個光分路器均為99:1光分路器，採用99:1光分路器分光採樣，其中99%的光信號輸出到NX N光開關上，I %的光信號輸出到光探測器上，以減少光路損耗。所述光探測器均採用了低噪聲的PIN光電二極體作為探測器，PIN光電二極體能將對應光信號強弱轉換成線性的電流信號。I個NXN光開關和N個2X I光開關集成封裝在一起，以實現小型化封裝，並有效降低光學部分的提起，並降低系統損耗。光開關部分採用採用機械鎖定技術，提供光路切換設備掉電保持功能，確保設備意外掉電時光路能夠維持正常工作狀態。
[0023]功率監測模塊負責對設備光輸入口的光功率進行採樣。在本發明中，功率採集部分採用高動態範圍對數放大器進行高速光功率採集，並具有開啟或關閉任意通道光功率採集的功能，以及光功率閾值可設置功能。對數放大器能將160dB甚至更寬的動態範圍壓縮到一個可以處理的線性電壓範圍，與傳統的線性放大器相比，既避免了複雜的量程轉換電路也簡化了信號處理的過程。功率監測模塊可設置成具有開啟或關閉任意通道光功率採集功能、可預置光功率告警閾值功能、可實現多波長的光功率實時在線監控功能。
[0024]微處理器控制模塊負責以上各個功能模塊的協調管理工作，實現自動保護設備的功能。微處理器控制模塊使用基於ARM體系架構的MCU晶片作為網絡管理服務處理、數據採集、實時切換核心處理晶片。設備通過光探測器將光轉為微電信息，再通過ADC採集，來實現對各主鏈路功率在線實時採集，通過處理晶片監控以及對數據的計算來達到鏈路保護作用。同時MCU晶片安裝LINUX系統，利用LINUX具有的完善而強大的網絡服務管理功能對整個設備網絡管理性能進行全面的提升。
[0025]光發設備即光輸入口輸出的光信號經過99:1分光比的分路器,取1%的光信號進入探測器的光敏面，功率監測模塊的對數放大器將流過PIN光電二極體的電流變成相對應線性電壓輸出，微處理器控制模塊控制16位高精度AD模數轉換器進行數據轉換，採集到的數位訊號經過數字濾波技術，濾除了 PCB線路板以及IC晶片本身的電磁幹擾，可進一步提高系統的測試靈敏度指標。在實際光纖傳輸系統中，多路光矩陣切換保護設備用於多路光發設備單臺備份保護，如有5臺光發設備RO?R4，系統正常時RO輸出的光信號經由TO輸出，同理Rn輸出的光信號經由Tn輸出。當5臺光發設備中的其中任意一臺設備出故障時，微處理器控制模塊會在毫秒級的時間內將光開關的光通路切換到其他設備上，讓系統正常工作，並告警。如假設R3連接的設備出現故障，功率監測模塊檢測出R3發出的光功率異常，此時RO通道信號正常，那麼切換模塊將光信號RO連接至輸出T3，而R3信號被切斷，TO輸出無信號。若兩臺或者更多設備同時出現故障時，按內嵌設置的優先級進行切換保護。
[0026]在本發明中，微處理器控制模塊對光路矩陣切換模塊採用內嵌光路多優先級模式設置方案，如序號優先模式、自定義優先級模式，以及自適應優先級模式等三種優先保護模式，確保重要光路得到優先保護等級。
[0027]序號優先模式為連接至Tl的設備優先級最高，其次是T2，以此類推，優先級最低的是Tn通道。當有兩個通道以上的設備發生故障時，備用設備優先保護優先級高的通道，直至該設備恢復正常時如果另一故障通道仍未修復，則備用通道信號將切換至該通道。該優先模式比較直觀和方便使用。
[0028]自定義優先級模式將N個設備按照客戶規定的優先等級I至η的順序排列，在該模式下Tl或者Tn的優先級不一定與下標η對應。該優先級保護模式對已經連接或者構架好的傳輸網絡使用起來較方便。
[0029]自適應優先級保護模式初值為序號優先，當系統持續運行過程中，內嵌的預警算法模塊會預算出每個光發設備的預警時間，根據該時間的長短來動態調整各通道的保護優先級。預警時間短的優先級提至最高，預警時間長的優先級最低。該優先級保護模式更貼近設備的實際運行情況。
[0030]系統默認優先級保護設置為序號優先。採用其他優先級模式可通過設置更改即可。
[0031]保護設備控制模塊內嵌預告警算法模塊，通過對前端光發設備的功率採樣分析，預測光發設備由於器件老化導致功率降至告警閾值的使用壽命，為系統維護提供預警機制。
[0032]目前市面上保護設備保護算法均是基於設備意外情況下的調度算法，沒有對保護的設備本身運行情況做跟蹤及預警的功能。內嵌的預告警模塊在可讀寫的ROM存儲器中為每一個保護通道開闢一定字節的存儲空間，用於存儲通道數、採樣間隔、數據量以及各數據點。
[0033]因雷射器壽命一般較長，採樣間隔不宜過短，一般以天為單位。假定採樣間隔為一天，則光功率採集模塊在一天中，採樣光發設備的幾個功率值，然後將平均功率作為當天的採樣數據存入ROM存儲器中。有N個通道則需對N個通道都需要採樣後平均並存儲數據，以及更新每個通道的數據量參數。當數據量隨著時間的增加不斷變大時，可將一周的採樣數據壓縮成一個數據點後存儲，並同時跟新採樣的間隔參數以及擬合函數的時間軸坐標值。
[0034]實際採樣的數據是離散的數據點，必須通過擬合的算法找出這些離散點之間的內在規律，生成一條連續的曲線。發明中採用最小二乘法對數據進行擬合，多項式擬合函數會返回η次多項式的係數，並用降序排列的向量表示。
[0035]通過返回的係數就可以建立功率與時間關係的函數，P = P1T1VP2Tlri+…+ΡηΤ+Ρη+1，一般而言，多項式中η取5即可。通過擬合後的P(t)函數可以推算出功率降到告警值的時間，這樣可以方便系統做好提前預防或者更換設備做參考，也可以為下一採樣數據點的準確性做出判斷，當下次採樣數據與預算值相差太大10%以上時，模塊發送告警信號，通知系統安排維修或者檢測。
[0036]當某個通道的設備更換後，通過設置可以重置該通道的所有採樣數據，然後重複整個上述算法流程。預警算法的植入做到了系統可預見以及防範於未然的功能。
【權利要求】
1.多路光矩陣切換保護設備，主要由微處理器控制模塊、以及與微處理器控制模塊相連的功率監測模塊和光路矩陣切換模塊組成；其特徵在於:所述光路矩陣切換模塊包括N個光分路器、N個光探測器、I個NXN光開關和N個2 X I光開關；其中每個光分路器的合路輸入端各與一路光輸入口相連，每個光分路器的分路主輸出端與NXN光開關的一個輸入端相連；每個光分路器的分路輔輸出端各經過一光探測器與功率監測模塊的輸入端相連；NXN光開關的N個輸出端各接一路光輸出口 ； 功率監測模塊的數據輸出端與微處理器控制模塊的數據輸入端相連，微處理器控制模塊的控制輸出端連接NXN光開關的控制端和N個2X I光開關的控制端； 上述N為光輸入口的個數。
2.根據權利要求1所述的多路光矩陣切換保護設備，其特徵在於:所述N個光分路器均為99:1光分路器。
3.根據權利要求1所述的多路光矩陣切換保護設備，其特徵在於:所述光探測器為PIN光電二極體。
4.根據權利要求1所述的多路光矩陣切換保護設備，其特徵在於:1個NXN光開關和N個2 X I光開關集成封裝在一起。
5.根據權利要求1所述的多路光矩陣切換保護設備，其特徵在於:所述N的取值範圍介於8?16之間。
6.根據權利要求1所述的多路光矩陣切換保護設備，其特徵在於:微處理器控制模塊還進一步接有通信接口模塊。
7.根據權利要求6所述的多路光矩陣切換保護設備，其特徵在於:所述通信接口模塊為支持TCP/IP、UDP、SNMP, HTTP、ICMP、TELNET和/或FTP網絡協議的通信接口模塊。
8.根據權利要求1所述的多路光矩陣切換保護設備，其特徵在於:微處理器控制模塊還進一步接有數據顯示模塊。
【文檔編號】H04B10/25GK104301031SQ201410599317
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】陳春明, 彭暉, 黃普勁, 唐勤勇 申請人:桂林市光隆光電科技有限公司