多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其光路部分采用N∶N-1光路矩陣切換模塊，該模塊采用99∶1光分路器分光采樣，同時(shí)采用高度集成的1個(gè)N×N光開關(guān)和N個(gè)2×1光開關(guān)實(shí)現(xiàn)光路切換，由于該模塊無需額外增加備用的光發(fā)設(shè)備和備用的光路，并能夠直接獲得N路傳輸光路，即能實(shí)現(xiàn)N路光輸入與N路光輸出，因而使得設(shè)備的成本、系統(tǒng)損耗和故障率也大大降低。
【專利說明】多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖通信在線保護(hù)設(shè)備，具體涉及一種多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球信息產(chǎn)業(yè)的興起，光纖通訊的應(yīng)用廣泛化，成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一。光纖設(shè)備的復(fù)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(wǎng)已接入千家萬戶，一旦通信受阻將會(huì)面臨索賠以及失去客戶的風(fēng)險(xiǎn)。隨著現(xiàn)代光纖通信及微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，無阻斷通信系統(tǒng)及產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)成熟，光保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。光纖線路保護(hù)系統(tǒng)即光路保護(hù)系統(tǒng)利用了光纖通信技術(shù)和光開關(guān)技術(shù)，對(duì)光纖通信線路、旁路、環(huán)網(wǎng)進(jìn)行智能保護(hù)或切換，從而實(shí)現(xiàn)無阻斷通信的設(shè)備或系統(tǒng)。切換的工作原理是當(dāng)探測(cè)到工作鏈路傳輸中斷或性能劣化到一定程度后，系統(tǒng)切換設(shè)備將主信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)至備用信號(hào)系統(tǒng)來傳輸，從而使接收端仍能接收到正常的信號(hào)而感覺不到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了故障。
[0003]在光纖傳輸系統(tǒng)中，由于現(xiàn)有多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其中的光路部分即光路矩陣切換模塊一般用多個(gè)I X 2光開關(guān)級(jí)聯(lián)成I X N光開關(guān)后，再用N個(gè)I X 2光開關(guān)的進(jìn)行備份選擇的組合方案，如圖1所示，因而需要另設(shè)一臺(tái)備用的信號(hào)源和一條備用光路，即多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備用于多路光發(fā)設(shè)備單臺(tái)備份保護(hù)，如有4臺(tái)光發(fā)設(shè)備則需要另外增加一臺(tái)做備用，這樣當(dāng)4臺(tái)光發(fā)中的其中任意一臺(tái)設(shè)備出故障且備用設(shè)備正常時(shí)，通過全光交換儀會(huì)在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)切換到備用設(shè)備上，讓系統(tǒng)正常工作，并告警。若兩臺(tái)或者更多設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行切換保護(hù)。雖然現(xiàn)有多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，但額外增設(shè)的備用的光發(fā)設(shè)備和備用的光路既會(huì)增加成本增加，又會(huì)增加系統(tǒng)的損耗，又會(huì)增加系統(tǒng)故障率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備在使用時(shí)需要額外增加備用的光發(fā)設(shè)備和備用的光路，而導(dǎo)致的成本、系統(tǒng)損耗和故障率增加的不足，提供一種多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)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(jiān)測(cè)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(gè)光分路器、N個(gè)光探測(cè)器、I個(gè)NXN光開關(guān)和N個(gè)2X I光開關(guān)；其中每個(gè)光分路器的合路輸入端各與一路光輸入口相連，每個(gè)光分路器的分路主輸出端與NXN光開關(guān)的一個(gè)輸入端相連；每個(gè)光分路器的分路輔輸出端各經(jīng)過一光探測(cè)器與功率監(jiān)測(cè)模塊的輸入端相連；NXN光開關(guān)的N個(gè)輸出端各接一路光輸出口。功率監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)據(jù)輸出端與微處理器控制模塊的數(shù)據(jù)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(guān)的控制端和N個(gè)2 X I光開關(guān)的控制端。上述N為光輸入口的個(gè)數(shù)。
[0007]上述方案中，所述N個(gè)光分路器均為99:1光分路器。
[0008]上述方案中，所述光探測(cè)器為PIN光電二極管。
[0009]上述方案中，I個(gè)NXN光開關(guān)和N個(gè)2 X I光開關(guān)集成封裝在一起。
[0010]上述方案中，N的取值范圍介于8?16之間。
[0011 ] 上述方案中，微處理器控制模塊還進(jìn)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(wǎng)絡(luò)協(xié)議的通信接口模塊。
[0013]上述方案中，微處理器控制模塊還進(jìn)一步接有數(shù)據(jù)顯示模塊。
[0014]與現(xiàn)有相比，本發(fā)明的光路部分采用N:N-1光路矩陣切換模塊，該模塊采用99:1光分路器分光采樣，同時(shí)采用高度集成的I個(gè)NXN光開關(guān)和N個(gè)2X I光開關(guān)實(shí)現(xiàn)光路切換，由于該模塊無需額外增加備用的光發(fā)設(shè)備和備用的光路，并能夠直接獲得N路傳輸光路，即能實(shí)現(xiàn)N路光輸入與N路光輸出，因而使得設(shè)備的成本、系統(tǒng)損耗和故障率也大大降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備的光路部分原理示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)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(shí)施方式】
[0018]一種多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)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(shù)據(jù)顯示模塊、功率監(jiān)測(cè)模塊和光路矩陣切換模塊組成。通信接口模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊連接在微處理器控制模塊上。功率監(jiān)測(cè)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(jìn)行供電，在本發(fā)明中，所述供電電源實(shí)施多電源備份，包含防瞬間浪涌電路，用于保護(hù)電源及其他控制電路模塊。
[0020]通信接口模塊負(fù)責(zé)提供通信接口(網(wǎng)口)與外界進(jìn)行通信。在本發(fā)明中，通信接口模塊支持網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理，使用到TCP/IP、UDP、SNMP, HTTP、ICMP、TELNET、FTP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及RS232串口通信。
[0021]數(shù)據(jù)顯示模塊通過IXD顯示屏顯示設(shè)備的主要信息，使設(shè)備的使用操作更直觀、方便。
[0022]光路矩陣切換模塊負(fù)責(zé)對(duì)光路進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)傳輸透明。上述光路矩陣切換模塊，如圖3所示，包括N個(gè)光分路器、N個(gè)光探測(cè)器、I個(gè)NXN光開關(guān)和N個(gè)2X I光開關(guān)。其中每個(gè)光分路器的合路輸入端各與一路光輸入口相連，每個(gè)光分路器的分路主輸出端與NXN光開關(guān)的一個(gè)輸入端相連；每個(gè)光分路器的分路輔輸出端各經(jīng)過一光探測(cè)器與功率監(jiān)測(cè)模塊的輸入端相連；NXN光開關(guān)的N個(gè)輸出端各接一路光輸出口。功率監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)據(jù)輸出端與微處理器控制模塊的數(shù)據(jù)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(guān)的控制端和N個(gè)2 X I光開關(guān)的控制端。上述N為光輸入口的個(gè)數(shù)，其取值范圍為4?16之間。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中,N的取值為8。在本發(fā)明中,N個(gè)光分路器均為99:1光分路器，采用99:1光分路器分光采樣，其中99%的光信號(hào)輸出到NX N光開關(guān)上，I %的光信號(hào)輸出到光探測(cè)器上，以減少光路損耗。所述光探測(cè)器均采用了低噪聲的PIN光電二極管作為探測(cè)器，PIN光電二極管能將對(duì)應(yīng)光信號(hào)強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換成線性的電流信號(hào)。I個(gè)NXN光開關(guān)和N個(gè)2X I光開關(guān)集成封裝在一起，以實(shí)現(xiàn)小型化封裝，并有效降低光學(xué)部分的提起，并降低系統(tǒng)損耗。光開關(guān)部分采用采用機(jī)械鎖定技術(shù)，提供光路切換設(shè)備掉電保持功能，確保設(shè)備意外掉電時(shí)光路能夠維持正常工作狀態(tài)。
[0023]功率監(jiān)測(cè)模塊負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備光輸入口的光功率進(jìn)行采樣。在本發(fā)明中，功率采集部分采用高動(dòng)態(tài)范圍對(duì)數(shù)放大器進(jìn)行高速光功率采集，并具有開啟或關(guān)閉任意通道光功率采集的功能，以及光功率閾值可設(shè)置功能。對(duì)數(shù)放大器能將160dB甚至更寬的動(dòng)態(tài)范圍壓縮到一個(gè)可以處理的線性電壓范圍，與傳統(tǒng)的線性放大器相比，既避免了復(fù)雜的量程轉(zhuǎn)換電路也簡(jiǎn)化了信號(hào)處理的過程。功率監(jiān)測(cè)模塊可設(shè)置成具有開啟或關(guān)閉任意通道光功率采集功能、可預(yù)置光功率告警閾值功能、可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)的光功率實(shí)時(shí)在線監(jiān)控功能。
[0024]微處理器控制模塊負(fù)責(zé)以上各個(gè)功能模塊的協(xié)調(diào)管理工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)設(shè)備的功能。微處理器控制模塊使用基于ARM體系架構(gòu)的MCU芯片作為網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)處理、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)切換核心處理芯片。設(shè)備通過光探測(cè)器將光轉(zhuǎn)為微電信息，再通過ADC采集，來實(shí)現(xiàn)對(duì)各主鏈路功率在線實(shí)時(shí)采集，通過處理芯片監(jiān)控以及對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算來達(dá)到鏈路保護(hù)作用。同時(shí)MCU芯片安裝LINUX系統(tǒng)，利用LINUX具有的完善而強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理功能對(duì)整個(gè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理性能進(jìn)行全面的提升。
[0025]光發(fā)設(shè)備即光輸入口輸出的光信號(hào)經(jīng)過99:1分光比的分路器,取1%的光信號(hào)進(jìn)入探測(cè)器的光敏面，功率監(jiān)測(cè)模塊的對(duì)數(shù)放大器將流過PIN光電二極管的電流變成相對(duì)應(yīng)線性電壓輸出，微處理器控制模塊控制16位高精度AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，采集到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)字濾波技術(shù)，濾除了 PCB線路板以及IC芯片本身的電磁干擾，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的測(cè)試靈敏度指標(biāo)。在實(shí)際光纖傳輸系統(tǒng)中，多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備用于多路光發(fā)設(shè)備單臺(tái)備份保護(hù)，如有5臺(tái)光發(fā)設(shè)備RO?R4，系統(tǒng)正常時(shí)RO輸出的光信號(hào)經(jīng)由TO輸出，同理Rn輸出的光信號(hào)經(jīng)由Tn輸出。當(dāng)5臺(tái)光發(fā)設(shè)備中的其中任意一臺(tái)設(shè)備出故障時(shí)，微處理器控制模塊會(huì)在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)將光開關(guān)的光通路切換到其他設(shè)備上，讓系統(tǒng)正常工作，并告警。如假設(shè)R3連接的設(shè)備出現(xiàn)故障，功率監(jiān)測(cè)模塊檢測(cè)出R3發(fā)出的光功率異常，此時(shí)RO通道信號(hào)正常，那么切換模塊將光信號(hào)RO連接至輸出T3，而R3信號(hào)被切斷，TO輸出無信號(hào)。若兩臺(tái)或者更多設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，按內(nèi)嵌設(shè)置的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行切換保護(hù)。
[0026]在本發(fā)明中，微處理器控制模塊對(duì)光路矩陣切換模塊采用內(nèi)嵌光路多優(yōu)先級(jí)模式設(shè)置方案，如序號(hào)優(yōu)先模式、自定義優(yōu)先級(jí)模式，以及自適應(yīng)優(yōu)先級(jí)模式等三種優(yōu)先保護(hù)模式，確保重要光路得到優(yōu)先保護(hù)等級(jí)。
[0027]序號(hào)優(yōu)先模式為連接至Tl的設(shè)備優(yōu)先級(jí)最高，其次是T2，以此類推，優(yōu)先級(jí)最低的是Tn通道。當(dāng)有兩個(gè)通道以上的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，備用設(shè)備優(yōu)先保護(hù)優(yōu)先級(jí)高的通道，直至該設(shè)備恢復(fù)正常時(shí)如果另一故障通道仍未修復(fù)，則備用通道信號(hào)將切換至該通道。該優(yōu)先模式比較直觀和方便使用。
[0028]自定義優(yōu)先級(jí)模式將N個(gè)設(shè)備按照客戶規(guī)定的優(yōu)先等級(jí)I至η的順序排列，在該模式下Tl或者Tn的優(yōu)先級(jí)不一定與下標(biāo)η對(duì)應(yīng)。該優(yōu)先級(jí)保護(hù)模式對(duì)已經(jīng)連接或者構(gòu)架好的傳輸網(wǎng)絡(luò)使用起來較方便。
[0029]自適應(yīng)優(yōu)先級(jí)保護(hù)模式初值為序號(hào)優(yōu)先，當(dāng)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行過程中，內(nèi)嵌的預(yù)警算法模塊會(huì)預(yù)算出每個(gè)光發(fā)設(shè)備的預(yù)警時(shí)間，根據(jù)該時(shí)間的長(zhǎng)短來動(dòng)態(tài)調(diào)整各通道的保護(hù)優(yōu)先級(jí)。預(yù)警時(shí)間短的優(yōu)先級(jí)提至最高，預(yù)警時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)先級(jí)最低。該優(yōu)先級(jí)保護(hù)模式更貼近設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。
[0030]系統(tǒng)默認(rèn)優(yōu)先級(jí)保護(hù)設(shè)置為序號(hào)優(yōu)先。采用其他優(yōu)先級(jí)模式可通過設(shè)置更改即可。
[0031]保護(hù)設(shè)備控制模塊內(nèi)嵌預(yù)告警算法模塊，通過對(duì)前端光發(fā)設(shè)備的功率采樣分析，預(yù)測(cè)光發(fā)設(shè)備由于器件老化導(dǎo)致功率降至告警閾值的使用壽命，為系統(tǒng)維護(hù)提供預(yù)警機(jī)制。
[0032]目前市面上保護(hù)設(shè)備保護(hù)算法均是基于設(shè)備意外情況下的調(diào)度算法，沒有對(duì)保護(hù)的設(shè)備本身運(yùn)行情況做跟蹤及預(yù)警的功能。內(nèi)嵌的預(yù)告警模塊在可讀寫的ROM存儲(chǔ)器中為每一個(gè)保護(hù)通道開辟一定字節(jié)的存儲(chǔ)空間，用于存儲(chǔ)通道數(shù)、采樣間隔、數(shù)據(jù)量以及各數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0033]因激光器壽命一般較長(zhǎng)，采樣間隔不宜過短，一般以天為單位。假定采樣間隔為一天，則光功率采集模塊在一天中，采樣光發(fā)設(shè)備的幾個(gè)功率值，然后將平均功率作為當(dāng)天的采樣數(shù)據(jù)存入ROM存儲(chǔ)器中。有N個(gè)通道則需對(duì)N個(gè)通道都需要采樣后平均并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以及更新每個(gè)通道的數(shù)據(jù)量參數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)量隨著時(shí)間的增加不斷變大時(shí)，可將一周的采樣數(shù)據(jù)壓縮成一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)后存儲(chǔ)，并同時(shí)跟新采樣的間隔參數(shù)以及擬合函數(shù)的時(shí)間軸坐標(biāo)值。
[0034]實(shí)際采樣的數(shù)據(jù)是離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)，必須通過擬合的算法找出這些離散點(diǎn)之間的內(nèi)在規(guī)律，生成一條連續(xù)的曲線。發(fā)明中采用最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，多項(xiàng)式擬合函數(shù)會(huì)返回η次多項(xiàng)式的系數(shù)，并用降序排列的向量表示。
[0035]通過返回的系數(shù)就可以建立功率與時(shí)間關(guān)系的函數(shù)，P = P1T1VP2Tlri+…+ΡηΤ+Ρη+1，一般而言，多項(xiàng)式中η取5即可。通過擬合后的P(t)函數(shù)可以推算出功率降到告警值的時(shí)間，這樣可以方便系統(tǒng)做好提前預(yù)防或者更換設(shè)備做參考，也可以為下一采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的準(zhǔn)確性做出判斷，當(dāng)下次采樣數(shù)據(jù)與預(yù)算值相差太大10%以上時(shí)，模塊發(fā)送告警信號(hào)，通知系統(tǒng)安排維修或者檢測(cè)。
[0036]當(dāng)某個(gè)通道的設(shè)備更換后，通過設(shè)置可以重置該通道的所有采樣數(shù)據(jù)，然后重復(fù)整個(gè)上述算法流程。預(yù)警算法的植入做到了系統(tǒng)可預(yù)見以及防范于未然的功能。
【權(quán)利要求】
1.多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)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(jiān)測(cè)模塊和光路矩陣切換模塊組成；其特征在于:所述光路矩陣切換模塊包括N個(gè)光分路器、N個(gè)光探測(cè)器、I個(gè)NXN光開關(guān)和N個(gè)2 X I光開關(guān)；其中每個(gè)光分路器的合路輸入端各與一路光輸入口相連，每個(gè)光分路器的分路主輸出端與NXN光開關(guān)的一個(gè)輸入端相連；每個(gè)光分路器的分路輔輸出端各經(jīng)過一光探測(cè)器與功率監(jiān)測(cè)模塊的輸入端相連；NXN光開關(guān)的N個(gè)輸出端各接一路光輸出口 ； 功率監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)據(jù)輸出端與微處理器控制模塊的數(shù)據(jù)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(guān)的控制端和N個(gè)2X I光開關(guān)的控制端； 上述N為光輸入口的個(gè)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述N個(gè)光分路器均為99:1光分路器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述光探測(cè)器為PIN光電二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其特征在于:1個(gè)NXN光開關(guān)和N個(gè)2 X I光開關(guān)集成封裝在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述N的取值范圍介于8?16之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其特征在于:微處理器控制模塊還進(jìn)一步接有通信接口模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其特征在于:所述通信接口模塊為支持TCP/IP、UDP、SNMP, HTTP、ICMP、TELNET和/或FTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的通信接口模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路光矩陣切換保護(hù)設(shè)備，其特征在于:微處理器控制模塊還進(jìn)一步接有數(shù)據(jù)顯示模塊。
【文檔編號(hào)】H04B10/25GK104301031SQ201410599317
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】陳春明, 彭暉, 黃普勁, 唐勤勇 申請(qǐng)人:桂林市光隆光電科技有限公司