CN102148678B

CN102148678B - 一种双路自动全冗余透明光传输系统

Info

Publication number: CN102148678B
Application number: CN2011100769829A
Authority: CN
Inventors: 陈旭辉; 魏利民; 陈志俊; 乔东旭; 李森
Original assignee: China Aviation Optical Electrical Technology Co Ltd
Current assignee: China Aviation Optical Electrical Technology Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: CN102148678A

Abstract

本发明涉及一种双路自动全冗余透明光传输系统，包括两台双路全冗余光端机，每台光端机均包括两个光电转换接口，每个光电转换接口的电气侧均连接有串行接口，每路串行接口均设有一个控制电路；其中一台光端机的两个光电转换接口的光信号侧通过光缆分别对应连接另一台光端机两个光电转换接口的光信号侧；其中一台光端机的两路串行接口的发送驱动器的输出端、接收驱动器的输入端对应短接。该单边合并系统不仅是全冗余、透明传输，而且该方式下不短接的两数据终端不能同时发送数据，但可以同时接收数据，适用于一些特殊应用场合。

Description

一种双路自动全冗余透明光传输系统

技术领域

本发明涉及串行信号冗余传输领域，特别是一种双路自动全冗余透明光传输系统。

背景技术

关于串行信号的冗余传输，目前实现双路串行信号冗余传输的技术主要有以下3种，以RS422为例：

a）伪冗余方式

如图1，两路RS422信号分别通过光端机1（光端机2）转换为光信号，通过光纤传输到光端机3（光端机4），再转换为RS422信号，连接到一个“2合1设备”。光端机是将光信号转变为电气信号的设备，对透明传输没有影响。

该方式有两路RS422信号传输，光端机3（光端机4）输出的RS422信号均连接到“2合1设备”，该设备将两路信号合成一路信号；其中“2合1设备”仍然是RS422信号传输中的单点设备，整个链路没有形成全部的双冗余，因此称作伪冗余方式。该冗余方式线若“2合1设备”出现故障则整个传输链路中断。

b）协议转换的冗余方式

实现方式如图2所示，与图1不同在于，RS422信号与光端机之间设有协议转换器。该方式中将RS422信号进行协议转换。

例如转换为以太网的协议进行传输，通过以太网的一些特性实现RS422信号的冗余传输。此种实现方式虽然也比较好的实现了RS422信号的冗余传输，但是方案复杂，实现成本高。由于以太网的非实时性传输可能造成对实时性要求较高的RS422信号传输延时增大且不可控。另外，实现协议转换时需要对RS422的数据包进行处理，识别出数据净荷，需要知道RS422的帧格式，因此无法对RS422 信号进行完全透明传输。

c）软件或人工控制的冗余方式

实现方式如图3所示，与图1的区别在于，该方式用开关替代了图1中的“2合1设备”。

该方式由两套独立的单路RS422光传输链路组成由软件或操作人员判断每条链路的状态，并控制开关切换至其中一路。若由人工切换则并不能称作自动冗余，若用软件控制则同样增加了产品的复杂性，降低可靠性，且开关同样是单点设备，不是完全冗余。

当前能够实现的冗余方式，如图4所示，为两路独立的RS422通信方式。但在数据终端A、B与数据终端C、D之间没有联系。如果某一数据终端是一个设备，即要合并双路全冗余串行信号，现有技术显然是无能为力的。

发明内容

本发明的目的是提供一种双路自动全冗余透明光传输系统，，用以解决现有技术不能合并双路全冗余串行信号的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种双路自动全冗余透明光传输系统，包括两台双路全冗余光端机，每台光端机均包括两个光电转换接口，每个光电转换接口的电气侧均连接有串行接口，每路串行接口均包括接收驱动器与发送驱动器，每路串行接口均设有一个控制电路，每路的控制电路均包括第一输入端、第二输入端两个输入端与一个输出端，所述输出端连接本路的发送驱动器的一个使能端，第一输入端连接本路的发送驱动器输入端，第二输入端通过光耦连接另一路的发送驱动器的输入端；上述控制电路的输出端信号、第一输入端信号、第二输入端信号分别记为：Z、X、Y，控制电路实现逻辑为：

；其中一台光端机的两个光电转换接口的光信号侧通过光缆分别对应连接另一台光端机两个光电转换接口的光信号侧；其中一台光端机的两路串行接口的发送驱动器的输出端对应短接，接收驱动器的输入端也对应短接。

本发明的方案的核心在于双路全冗余串行接口，通过将该接口串行总线对应短接，以及扩展，即可得到光端机与系统。通过所述的控制电路，为串行接口的发送驱动器增加一个控制使能信号，当两路信号都有效时，对应的两控制使能信号均有效；当两路信号都故障或空闲时，两控制使能信号也均有效；两路信号中一路故障或空闲，另一路有效时，故障或空闲路的控制使能信号无效，有效路的控制使能信号有效。而且，该系统是单边合并通讯系统，两台光端机一台的串行总线侧短接，另一台的不短接，分别接两个数据终端。该系统不仅能够自动屏蔽无效传输通道，不会导致传输误码，实现真正的全冗余传输，传输实时性强，是完全的透明传输，实现方便，成本低，可靠性高；而且该方式下不短接的两数据终端不能同时发送数据，但可以同时接收数据，适用于一些特殊应用场合；如航天领域，短接的数据终端放置在目标飞行器上，不短接的两数据终端用于对飞行器的控制，两数据终端互为备份，提高了系统的可靠性。

进一步的，所述一台光端机的两路串行接口的发送驱动器的输出端对应短接，接收驱动器的输入端也对应短接后，连接到第三数据终端，另一台光端机的两路串行接口分别对应连接第一数据终端与第二数据终端。

进一步的，所述控制电路包括一个或门与一个非门，或门输出端连接所述控制电路的输出端，或门的一个输入端连接到非门的输出端，非门的输入端连接所述控制电路的第一输入端，或门的另一个输入端连接到所述控制电路的第二输入端。

进一步的，所述串行接口符合RS422、RS485或RS232标准。

附图说明

图1是伪冗余方式示意图；

图2是协议转换冗余方式示意图；

图3是控制冗余方式示意图；

图4是两路独立通信方式示意图；

图5是直接短接RS422信号电路图；

图6是产生使能信号的控制电路图；

图7是双边合并方式的示意图；

图8是单边合并方式的示意图；

图9是独立传输方式的示意图；

图10是RS422标准光端机；

图11是RS485标准光端机；

图12是RS232标准光端机；

DA是电路板A的串行数据，DB是电路板B的串行数据，“G”表示发送驱动器，“R”表示接收驱动器，ENA是电路板A的控制使能信号，ENB是电路板B的控制使能信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的方法做进一步详细的说明。以下说明均以RS422标准为例，RS232、RS485与其区别见图10-12，不再赘述。

本专利中双路RS422冗余的关键技术是如何将两路独立的RS422信号直接用导线将相同信号短接而不影响性能指标。在不进行任何处理的情况下，如果直接短接RS422总线，如图5所示，当电路板A传输有效的“0”电平而电路板传B输空闲的“1”电平且两个电路板的RS422信号短接时，最终的RS422总线上将无法得到有效的“0”电平，导致传输误码。

为了实现上述关键技术我们在电路中加入了如图6的控制电路（图6中为电路板A的控制电路，整个光端机的结构如图10所示）。ENA与ENB接到对应发送驱动器的使能端。当ENA=“1”时允许电路板A的RS422信号输出，当ENA=“0”时使电路板A的RS422信号输出为高阻态；同理，当ENB=“1”时允许电路板B的RS422信号输出，当ENB=“0”时使电路板B的RS422信号输出为高阻态，通过控制电路可以使两个电路板协调工作，能够使两个独立的RS422接口直接短接。

电路板A与电路板B之间的信号需要发送到对方，由于A板和B板间的参考地相互隔离，因此在两块板之间进行信号互联时需要将信号本身的参考电平信号也进行传输，并在另外一块板上采取耦合措施，对信号进行参考电平转换。如图所示，每块板上均设有用于隔离耦合信号的光耦器件。

由图6电路我们可以得到如下真值表（以A板为例）：

DA	DB	ENA
			0	0	1
0	1	1
			1	0	0
1	1	1

由真值表可知仅当DA=“1”且DB=“0”时，A板RS422信号输出高阻态。

两个电路板组成冗余、备份传输系统时，根据上述真值表，对图7电路的工作原理说明如下。首先我们先了解RS422总线的一个规则：总线空闲时总线信号为高电平。当DA=DB=“0”时，我们判断A和B板传输的都是有效RS422信号，使A、B两块板的EN均为“1”，都能正常输出RS422信号；当DA=“0”且DB=“1”时，判断为A板传输有效RS422信号，而B板处于空闲或故障状态，因此，A板的ENA=“1”，B板的ENB=“0”，仅A板能正常输出RS422信号；当DA=“1”且DB=“0”时，判断为B板传输有效RS422信号，而A板处于空闲或故障状态，因此，B板的ENA=“1”，A板的ENB=“0”，仅B板能正常输出RS422信号；当DA=DB=“1”判断为两路都为空闲状态、故障状态或RS422确实传输“1”信号，但无论那种情况，即使A板和B板的EN都为“1”也不影响最终RS422信号的传输，因此此时使A板和B板的EN均为“1”。通过上述分析说明可知无论那种情况下，都能使RS422信号正常传输。

本发明的光端机电路图如图10，图11，图12所示，它们分别对于RS422，RS485及RS232，三图中均省略了地线，图12省略了控制电路。

下面以图10为例具体说明双路全冗余串行接口、光端机的构造关系。

双路全冗余串行接口，包括两路独立的串行接口，每路串行接口均包括接收驱动器与发送驱动器，每路串行接口均设有控制电路，该控制电路均包括两个输入端与一个输出端，所述输出端连接本路的发送驱动器的一个使能端，第一输入端连接本路的发送驱动器输入端，第二输入端通过光耦连接另一路的发送驱动器的输入端；上述控制电路的输出端信号、第一输入端信号、第二输入端信号分别记为：Z、X、Y，控制电路实现逻辑为：

，如图6所示；作为该控制电路一种简单的实现方式：每路的控制电路均包括一个或门与一个非门；或门的输出端连接本路发送驱动器的使能端，或门的一个输入端连接非门的输出端，非门的输入端连接本路发送驱动器的输入端，或门的另一个输入端通过光耦连接另一路发送驱动器的输入端。

在串行接口的数据侧连接光电转换装置即可得到双路全冗余光端机。如图10，图中每个光端机可提供相互独立的两个RS422电接口和两组光接口，光端机内的电路板A和电路板B完全相同，每块电路板均可单独完成RS422信号的光纤传输功能。将两光端机光路侧分别对应连接，而在电气侧，一台光端机的两路串行接口的发送驱动器的输出端对应短接，接收驱动器的输入端也对应短接后，连接到数据终端C，另一台光端机的两路串行接口分别对应连接数据终端A与数据终端B，即得到如图8所示的系统。该方式下数据终端A和B不能同时发送数据，但可以同时接收数据，适用于一些特殊应用场合；如航天领域，数据终端C放置在目标飞行器上，数据终端A或B用于对飞行器的控制，为了系统的高可靠性，通常数据终端A或B互为备份。

除了该单边合并方式，还有双边合并工作方式。如图7所示在光端机外部的电气侧直接用导线将相同的信号短接合并为一个RS422接口，即一台双路全冗余光端机的两个光电转换接口的光信号侧通过光缆分别对应连接另一台光端机两个光电转换接口的光信号侧；两光端机的两路串行接口的发送驱动器的输出端对应短接，接收驱动器的输入端也对应短接。只要不是两条光通信链路同时故障，则RS422信号都能正常传输至目的数据端；完全实现双路RS422自动全冗余透明光传输功能。此种工作方式下，在两个数据终端间建立了一条完全冗余的RS422通信链路，但其使用和一条普通的RS422光通信链路一样方便。

还有两路独立的RS422通信方式，如图9所示，实际上与图4的现有技术相同，切断了A板和B板间的信号互联，使它们之间没有互相的协调控制。

Claims

1.一种双路自动全冗余透明光传输系统，其特征在于，包括两台双路全冗余光端机，每台光端机均包括两个光电转换接口，每个光电转换接口的电气侧均连接有串行接口，每路串行接口均包括接收驱动器与发送驱动器，每路串行接口均设有一个控制电路，每路的控制电路均包括第一输入端、第二输入端与一个输出端，所述输出端连接本路的发送驱动器的一个使能端，第一输入端连接本路的发送驱动器输入端，第二输入端通过光耦连接另一路的发送驱动器的输入端；上述控制电路的输出端信号、第一输入端信号、第二输入端信号分别记为：Z、X、Y，控制电路实现逻辑为：

其中一台光端机的两个光电转换接口的光信号侧通过光缆分别对应连接另一台光端机两个光电转换接口的光信号侧；

其中一台光端机的两路串行接口的发送驱动器的输出端对应短接，接收驱动器的输入端也对应短接。

2.根据权利要求1所述的一种双路自动全冗余透明光传输系统，其特征在于，所述一台光端机的两路串行接口的发送驱动器的输出端对应短接，接收驱动器的输入端也对应短接后，连接到第三数据终端，另一台光端机的两路串行接口分别对应连接第一数据终端与第二数据终端。

3.根据权利要求1所述的一种双路自动全冗余透明光传输系统，其特征在于，所述控制电路包括一个或门与一个非门，或门输出端连接所述控制电路的输出端，或门的一个输入端连接到非门的输出端，非门的输入端连接所述控制电路的第一输入端，或门的另一个输入端连接到所述控制电路的第二输入端。

4.根据权利要求1所述的一种双路自动全冗余透明光传输系统，其特征在于，所述串行接口符合RS422、RS485或RS232标准。