CN102820926A - 一种光纤网络系统及采用该系统的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光纤网络系统及采用该系统的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法，系统包括采集器和一个以上的载波电表，采集器和各个电表通过光纤连接成单环或双环光纤网络，所述的采集器和电表上分别连接有光通信模块，光通信模块上带有一个或两个光接收模块FR和一个或两个光发送模块FT，光纤连接在FR和FT上。光通信模块根据情况选择直接转发或非直接转发方式将接收到的数据转发给其他电表或采集器。电表还能够为水表、煤气表或燃气表替换。

Description

一种光纤网络系统及采用该系统的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法

技术领域

本发明公开一种光纤网络系统及数据传输方法，特别是一种光纤网络系统及采用该系统的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法。

背景技术

    随着光纤技术的发展，光纤传输在人们日常生活中应用越来越广泛，目前，在电力光纤通信系统里，采用的一种光纤通信方案是将采集器与多块电表通过光模块和光纤串行连接构成环路，形成光纤网络系统。其中的采集器和每块电表上都带有光发送模块和光接收模块，抄表时，异步通信的抄表命令数据是经过电光转换从采集器的光发送模块发出，光信号被光纤传送到相邻的电表的光接收模块，此时数据在被传给电表的同时，还被光发送模块传送给下一块电表，经过整个电表串行环路，数据最后又回到采集器，而电表应答的数据也要通过这条串行环路发送给采集器。由于光发送模块的光发射单元具有拖尾现象，传输数据中二进制的逻辑高电平信号经过光收发模块的传输后难免会有脉宽的变化现象，如果采用上述的异步通信数据直接在多级光纤节点环路上传输的方式，数据逻辑电平信号每被传输经过一组光收发模块，脉宽就会变化一次，当经过一定数量的光收发模块组之后，数据逻辑电平信号脉宽将会有较大偏差异常，这样就会误码。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的异步通信数据通过光纤直接传输引起误码的现象，本发明提供一种新的光纤网络系统及采用该系统的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法，其在电表中加入光通信模块，对数据逻辑电平信号进行检测，以决定采用直接转发方式还是非直接转发方式进行数据转发，既可以保证速度，又可以有效降低误码。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种光纤网络系统，系统包括采集器和一个以上的载波电表，采集器和各个电表通过光纤连接成单环或双环光纤网络，所述的采集器和电表上分别连接有光通信模块，光通信模块上带有一个或两个光接收模块FR和一个或两个光发送模块FT，光纤连接在FR和FT上。

一种采用上述的光纤网络系统的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法，该方法为光通信模块根据情况选择直接转发或非直接转发方式将接收到的数据转发给其他电表或采集器。

上述的电表还能够为水表、煤气表或燃气表。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的光通信模块包括处理器单元、逻辑控制单元和电源单元，FR连接在逻辑控制单元的输入接口上，处理器单元的I/O口连接在逻辑控制单元的另一个接口上，FT连接在逻辑控制单元的输出接口上，FR同时连接在处理器单元的I/O口上，处理器单元控制逻辑控制单元工作，电源单元给其他单元供电。

所述的光通信模块包括两组逻辑控制单元。

所述的光通信模块通过UART接口连接在采集器或电表上。

所述的逻辑控制单元为L门。

所述的电表通过检测接收到的逻辑信号高低电平的脉宽宽度并对其进行比对分析，如果高低电平脉宽宽度比例达到一定阈值时，则选择非直接转发方式，相反则采用直接转发方式。

所述的非直接转发方式为通信数据进行自同步编解码方式，编解码方法为，采用6个连续的‘1’作为起始标志符，采用7个连续的‘1’作为结束标志符，正常数据发送时，每5个连续的‘1’之后插入一个‘0’进行转义，在下一个电表或采集器进行解码时，每5个连续的‘1’之后删除一个‘0’进行逆转义，接收状态机从空闲状态开始接收到空闲码，当接收到起始标志符0x7E后，则进入不断接收帧数据状态，直到接收到结束标志符0x7F，则停止接收帧数据并且进入空闲状态。

所述的非直接转发方式采用4B5B编解码或采用8B10B编解码。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种新的光纤网络系统，以及通过该系统解决电力通信系统中采用异步通信数据光纤传输出现误码错误的方法，解决了电力光纤通信中的异步数据传输的关键问题，有利于推动电力光纤高速通信网络的发展。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明中电力抄表系统光纤网络结构示意图。

图2为本发明中的光模块结构示意图。

图3为本发明中采用的曼彻斯特编解码过程示意图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图1和附图2，本发明中的光纤网络系统包括采集器和一个以上的载波电表（本实施例中，以电表为例进行具体说明，具体实施时，本发明的系统和方法也可以应用于水表、煤气表等中），采集器和电表上分别连接有光通信模块，即PFoP模块，本实施例中，光通信模块通过UART口与采集器和电表连接，光通信模块上带有一个或两个光接收模块（简称FR，光接收模块的数量视单环光纤网络还是双环光纤网络而定，使用单环光纤网络时，所有的电表终端通过串行光纤链路连接，数据则是沿着光纤链路传输；而使用双环光纤网络是一种冗余容错的方法，是在单环光纤网络的基础上，额外添加了一个类似的反向单环，可以防止单环光纤线路损坏而产生的通信中断。当组建单环光纤网络时，光通信模块就设置一个光接收模块，当组建双环光纤网络时，就设置两个光接收模块）和一个或两个光发送模块（简称FT，光发送模块的数量视单环光纤网络还是双环光纤网络而定，当组建单环光纤网络时，就设置一个光接收模块，当组建双环光纤网络时，就设置两个光接收模块），光纤连接在FR和FT上，将采集器和各个电表通过光纤连接成单环或双环光纤网络。请结合附图2，本实施例中，光通信模块包括处理器单元、逻辑控制单元和电源单元，FR和FT分别连接在逻辑控制单元上，逻辑控制单元的数据端与处理器单元连接，FR连接在处理器单元上，处理器单元控制逻辑控制单元工作，电源单元给其他单元供电，光通信模块包括两组逻辑控制单元。本实施例中，处理器单元，即MCU负责处理同步编解码以及数据的转发，MCU通过控制逻辑控制单元可以选择不同的转发方式，即直接转发和非直接转发。本发明中，光通信模块上可带有一个或两个光接收模块以及一个或两个光发送模块，本实施例中，以两个为例进行具体说明，即设有两组逻辑控制单元，逻辑控制单元的核心部件为逻辑单元L，逻辑单元L的一个输入端b与FR连接，逻辑单元L的另一个输入端a与MCU的I/O口连接，MCU输出控制信号连接在逻辑单元L的控制端S上，逻辑单元L的输出端与FT连接，MCU控制逻辑单元L的S1/S2的值来实现选择不同的转发方式，当采用直接转发的方式时，MCU控制逻辑单元L的S1/S2使得逻辑单元L的b1/b2线路与输出端导通，从FR接收的数据将直接通过逻辑单元L经由FT发送出去；当采用非直接转发的方式时，控制MCU控制逻辑单元L的S1/S2使得逻辑单元L的b1/b2线路不导通，从FR接收的数据将先被发送给MCU进行编解码处理后，再经由逻辑单元L的a1/a2线路后，经逻辑单元L向FT发送出去。本实施例中，两种转发方式将相互结合起来使用，直接转发方式转发速度快，但是由于没有经过MCU同步编解码处理，数据逻辑信号会有脉宽变化的现象，当经过一定数量的光纤节点后，脉宽变化会加剧从而产生误码错误；而非直接转发由于利用MCU自同步编解码消除逻辑信号脉宽变化现象，对数据信号波形进行整形，可以解决误码的错误。缺点是转发速度慢。本发明中将两种方式结合起来，每间隔若干个采用直接转发的光纤节点后，部署一个采用非直接转发的光纤节点进行逻辑电平修复，这样在提高转发速度的同时又能有效避免误码的发生，最终达到异步通信数据高速可靠地在光纤进行传输的目标。本实施例中，两种转发方式的选择切换是由光通信模块自动识别实现的，其原理是通过检测逻辑信号高低电平的脉宽宽度并对其进行比对分析，如果高低电平脉宽宽度比例达到一定阈值，例如6：5，则通过MCU控制S1/S2来选择非直接转发方式，相反则继续采用直接转发方式。

本发明中，采用非直接转发方式时，异步通信数据在MCU内进行自同步编解码进行调制解调，从而解决异步通信数据直接进行多级光纤节点级联传输时引起的数据信号脉宽的异常并导致误码的问题。具体的编解码方法为，采用6个连续的‘1’作为起始标志符，采用7个连续的‘1’作为结束标志符，正常数据发送时，每5个连续的‘1’之后插入一个‘0’进行转义，在下一个电表或采集器进行解码时，每5个连续的‘1’之后删除一个‘0’进行逆转义，在没有数据传输时则传输空闲码，空闲码字为‘0’，空闲码同样要经过同步编解码，在对空闲码进行解码时可以检测出同步周期T，所以空闲码编码可以用于同步周期的检测及光线路通信正常与否的检测。接收状态机（即电表或采集器中的接收模块）从空闲状态开始接收到空闲码，每个空闲码的同步编码由两个同步周期的逻辑电平表示，所以从空闲码中可以检测并不断修正同步周期T，当接收到起始标志符0x7E后，则进入不断接收帧数据状态，直到接收到结束标志符0x7F，则停止接收帧数据并且进入空闲状态。在接收帧数据过程中，根据同步周期T不断地进行数据的曼彻斯特解码，每个曼彻斯特码都由两个同步周期T组成，将接收到的新的曼彻斯特编码的同步周期与存储的同步周期进行平均得到新的同步周期，通过这种方式可以达到动态调整同步周期T的目的，从而减小周期T因为信号干扰引起的误差。在数据接收过程中，如果逻辑信号高低电平脉宽宽度的比值超出有效阈值区间外时，则判定存在脉宽变化超标现象，在接收完数据帧后，要通过设置S1/S2控制信号动态调整模块工作方式为非直接转发，从而避免数据因脉宽变化导致的误码。发送状态机（即电表或采集器中的发送模块）也是从空闲状态开始并且不断检测MCU中的发送缓冲区是否为空，当发现不为空时，则插入起始标志符0x7E并且发送，然后开始从发送缓冲区读取数据进行曼彻斯特编码后发送，直到发送缓冲区为空，插入结束标志符0x7F并转入空闲状态。本实施例中，自同步编解码采用的是曼彻斯特编码方式，具体实施时，还可以采用5B6B编码、9B10B编码等多种方式进行编解码。

上述实施例中，以将本发明的系统和方法应用于电表中为例进行具体说明，具体实施时，本发明还可以应用于水表、煤气表、燃气表等抄读系统中，用法相同。

本发明提出了一种新的光纤网络系统，以及通过该系统解决电力通信系统中采用异步通信数据光纤传输出现误码错误的方法，解决了电力光纤通信中的异步数据传输的关键问题，有利于推动电力光纤高速通信网络的发展。

Claims (10)

1.一种光纤网络系统，其特征是：所述的系统包括采集器和一个以上的载波电表，采集器和各个电表通过光纤连接成单环或双环光纤网络，所述的采集器和电表上分别连接有光通信模块，光通信模块上带有一个或两个光接收模块FR和一个或两个光发送模块FT，光纤连接在FR和FT上。

2.根据权利要求1所述的光纤网络系统，其特征是：所述的光通信模块包括处理器单元、逻辑控制单元和电源单元，FR连接在逻辑控制单元的输入接口上，处理器单元的I/O口连接在逻辑控制单元的另一个接口上，FT连接在逻辑控制单元的输出接口上，FR同时连接在处理器单元的I/O口上，处理器单元控制逻辑控制单元工作，电源单元给其他单元供电。

3.根据权利要求2所述的光纤网络系统，其特征是：所述的光通信模块包括两组逻辑控制单元。

4.根据权利要求1或2或3所述的光纤网络系统，其特征是：所述的光通信模块通过UART接口连接在采集器或电表上。

5.根据权利要求1或2或3所述的光纤网络系统，其特征是：所述的逻辑控制单元为L门。

6.一种采用如权利要求1至5中任意一项所述的光纤网络系统的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法，其特征是：所述的方法为光通信模块根据情况选择直接转发或非直接转发方式将接收到的数据转发给其他电表或采集器。

7.根据权利要求6所述的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法，其特征是：所述的电表通过检测接收到的逻辑信号高低电平的脉宽宽度并对其进行比对分析，如果高低电平脉宽宽度比例达到一定阈值时，则选择非直接转发方式，相反则采用直接转发方式。

8.根据权利要求7所述的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法，其特征是：所述的非直接转发方式为通信数据进行自同步编解码方式，编解码方法为，采用6个连续的‘1’作为起始标志符，采用7个连续的‘1’作为结束标志符，正常数据发送时，每5个连续的‘1’之后插入一个‘0’进行转义，在下一个电表或采集器进行解码时，每5个连续的‘1’之后删除一个‘0’进行逆转义，接收状态机从空闲状态开始接收到空闲码，当接收到起始标志符0x7E后，则进入不断接收帧数据状态，直到接收到结束标志符0x7F，则停止接收帧数据并且进入空闲状态。

9.根据权利要求7所述的异步通信数据在光纤传输上调制解调的方法，其特征是：所述的非直接转发方式采用4B5B编解码或采用8B10B编解码。

10.权利要求1至权利要求9中任意一项所述的电表还能够为水表、煤气表或燃气表。

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