CN107040309B - 一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法 - Google Patents

一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法，每台设备采用OSI模型且通过物理层PHY芯片实现物理层的电气特性，每台设备的光接收模块、光发送模块以及应用软件之间通过PHY芯片实现数据信息交互，两台设备之间采用光纤直连的方式；对于每台运行的设备，光接收模块实时监测光接收功率，当光接收功率大于设定的接收门槛时，认为光路正常，置光通信号SD为1，否则，认为光纤断链或异常，置光通信号SD为0；PHY芯片实时监测光通信号SD，根据SD的状态生成PHY芯片链路状态Link；应用软件按设定周期采集PHY芯片链路状态，当链路断链或异常时报光纤断链报警，并闭锁与此相关的功能。可有效提高保护的可靠性。同时，能提高运维人员的检修效率。

Description

一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法
技术领域
本发明涉及一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法。
背景技术
通信技术的发展，推动了智能变电站的建设，传统四遥、故障录波等基本功能已不能满足变电站的需求，大量高级应用基于通信网络来完成，通信网络的健壮程度直接影响到保护的可靠性。随着光纤技术的发展及光纤价格的下降，变电站内数据传输由传统的电缆传输方式转变为光纤以太网传输方式，光纤通信网络成为智能变电站的一大特点。
根据智能变电站三层结构的划分，变电站通信网络分为站控层网络和过程层网络，由于采用了光通信及交换式以太网技术来实现采样值的快速上传，及GOOSE跳合闸、联闭锁信息的快速传递，故对快速性和实时性有了更迫切的要求。目前，两层网络架构链路监测通过通信报文的识别来实现，报文发送周期的长短，直接决定了链路异常状态判断的快慢。
通常，智能变电站中GOOSE网络光纤通信断链报警判据为：GOOSE接收装置在4倍GOOSE心跳时间内如果没有收到正确的GOOSE报文，则报GOOSE接收断链报警，而GOOSE心跳时间通常设置为5s，这意味着在20s后装置才能报出光纤通信断链，在此期间基于GOOSE的保护方案以及测控联闭锁方案将处于失控状态。
在链路异常判出期间，如果发生系统短路故障，保护装置存在误动或拒动的可能。对于测控装置，经常用到跨间隔联闭锁功能，如果在操作期间出现通信链路异常，导致开关、刀闸位置不能正确传送，现场操作时存在安全隐患。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法，在光纤通信断链时可快速发现异常链路，及时给出预防措施闭锁相关功能，特别是对快速性和实时性有很高要求的保护方案，可有效提高保护的可靠性。同时，能提高运维人员的检修效率。
名词解释：
光通信号SD：SD信号是Signal detect的缩写，用于表示光收发器是否监测到光信号。可参见PHY芯片手册中SDET管脚的描述。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法，每台设备采用OSI模型且通过物理层PHY芯片实现物理层的电气特性，每台设备的光接收模块、光发送模块以及应用软件之间通过PHY芯片实现数据信息交互，两台设备之间采用光纤直连的方式；
对于每台运行的设备，光接收模块实时监测光接收功率，当光接收功率大于设定的接收门槛时，认为光路正常，置光通信号SD为1，否则，认为光纤断链或异常，置光通信号SD为0；
PHY芯片实时监测光通信号SD，根据SD的状态生成PHY芯片链路状态Link；
应用软件按设定周期采集PHY芯片链路状态，当链路断链或异常时报光纤断链报警，并闭锁与此相关的功能。
优选，当链路断链或异常时，结合网络拓扑结构定位具体故障链路。
优选，两台设备之间采用光纤直连的方式，本侧设备的发送端和对侧设备的接收端相连，且本侧设备的接收端和对侧设备的发送端相连，发送和接收采用独立的光纤通道。
优选，PHY芯片链路状态检测模式设置为正常运行方式，即数据接收通道异常时，关闭数据发送通道。
优选，PHY芯片实时采集光通信号SD，当SD为1时，经过T1时间防抖后置链路状态Link为1，否则置0，其中T1为链路状态Link防抖时间定值。
优选，应用软件根据任务执行周期T0采集链路状态Link，当Link为0时经过T2时间防抖后报光纤断链报警，其中T2为光纤断链报警防抖时间定值。
本发明的有益效果是：
本发明不依赖于通信报文格式、发送周期等约束条件，监测速度快，定位准确、直观，适用于各种基于光纤通信网络的应用场合，在光纤断链时可及时给出预防措施闭锁相关功能，特别是对快速性和实时性有很高要求的保护方案，可有效提高保护的可靠性。同时，能提高运维人员的检修效率。
附图说明
图1是本发明一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法的监测原理示意图；
图2是本发明两个设备之间的连接示意图；
图3是本发明PHY芯片动作判据示意图；
图4是本发明应用软件动作判据示意图；
图5是本发明实施例的网络通信拓扑图；
图6是本发明实施例的光接收模块的工作流程图；
图7是本发明实施例的PHY芯片的工作流程图；
图8是本发明实施例的应用软件的保护流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-8所示，一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法，每台设备采用OSI模型且通过物理层PHY芯片实现物理层的电气特性，每台设备的光接收模块、光发送模块以及应用软件之间通过PHY芯片实现数据信息交互，两台设备之间采用光纤直连的方式。
每台设备都具有光发送模块和光接收模块，设备可以是保护、测控、保测一体装置、智能终端等二次设备，也可以是交换机之类的通信转接设备。如图2所示，两台设备1和2之间采用光纤直连的方式，本侧设备(设备1)的发送端和对侧设备(设备2)的接收端相连，且本侧设备的接收端和对侧设备的发送端相连，发送和接收采用独立的光纤通道。
对于每台运行的设备，光接收模块实时监测光接收功率，当光接收功率大于设定的接收门槛时，认为光路正常，置光通信号SD为1，否则，认为光纤断链或异常，置光通信号SD为0。设P为设备检测到的光接收功率，Pth为光接收门槛，则光接收模块实时监测光接收功率，根据光接收功率大小生成光通信号SD，其动作判据为：
Figure BDA0001289956150000041
PHY芯片实时监测光通信号SD，根据SD的状态生成PHY芯片链路状态Link，其动作判据如图3所示，PHY芯片实时采集光通信号SD，当SD为1时，经过T1时间防抖后置链路状态Link为1，否则置0，其中T1为链路状态Link防抖时间定值。
应用软件按设定周期采集PHY芯片链路状态，当链路断链或异常时报光纤断链报警，并闭锁与此相关的功能。比如，如图4所示，应用软件根据任务执行周期T0采集链路状态Link，当Link为0时经过T2时间防抖后报光纤断链报警，其中T2为光纤断链报警防抖时间定值。
当网络通讯正常时，光接收功率正常，光通信号SD为1，Link为1，无光纤断链报警。当检测到光纤断链报警后，立即闭锁相关功能。同时还可以结合其他设备光纤断链报警情况(即网络拓扑结构)，定位出具体故障链路。
利用物理层PHY芯片实现物理层的电气特性，PHY芯片启动后需设定PHY芯片相关参数，如是否自动协商、最大通信速率、链路检测模式等，其中链路检测模式需设置为正常运行方式，即当数据接收通道异常时关闭数据发送通道，因此光纤收、发断链均能被监测。
以图2为例，光纤发生断线时故障情况如下：
1)当光纤1发生光纤断线时，设备2的接收模块将无法收到光信号，设备2的光通信号SD为0，同时设备2会关闭发送通道，导致设备1的接收模块也无法收到光信号，设备1的光通信号SD为0，设备1和设备2报光纤通信断链报警；
2)当光纤2发生光纤断线时，设备1的接收模块将无法收到光信号，设备1的光通信号SD为0，同时设备1会关闭发送通道，导致设备2的接收模块也无法收到光信号，设备2的光通信号SD为0，设备1和设备2报光纤通信断链报警。
电源发生故障时故障情况如下：
1)当设备1电源故障时，设备1停止运行，设备2的接收模块无法收到光信号，设备2的光通信号SD为0，设备2报光纤通信断链报警；
2)当设备2电源故障时，设备2停止运行，设备1的接收模块无法收到光信号，设备1的光通信号SD为0，设备1报光纤通信断链报警。
光接收、发送模块发生故障时故障情况如下：
1)当设备1光接收模块发生故障时，设备1的接收模块将无法收到光信号，设备1的光通信号SD为0，同时设备1会关闭发送通道，导致设备2的接收模块也无法收到光信号，设备2的光通信号SD为0，设备1和设备2报光纤通信断链报警；
2)当设备1光发送模块发生故障时，设备2的接收模块将无法收到光信号，设备2的光通信号SD为0，同时设备2会关闭发送通道，导致设备1的接收模块也无法收到光信号，设备1的光通信号SD为0，设备1和设备2报光纤通信断链报警；
3)当设备2光接收模块发生故障时，设备2的接收模块将无法收到光信号，设备2的光通信号SD为0，同时设备2会关闭发送通道，导致设备1的接收模块也无法收到光信号，设备1的光通信号SD为0，设备1和设备2报光纤通信断链报警；
4)当设备2光发送模块发生故障时，设备1的接收模块将无法收到光信号，设备1的光通信号SD为0，同时设备1会关闭发送通道，导致设备2的接收模块也无法收到光信号，设备2的光通信号SD为0，设备1和设备2报光纤通信断链报警。
上述方案中，光纤通信断链监测速度取决于应用软件任务执行周期T0、链路状态Link防抖时间T1和光纤断链报警防抖时间T2，可根据不同应用场合调整总的监测时间。
当保护装置检测到发生光纤断链报警时，闭锁与此相关的保护功能；当测控装置检测到发生光纤断链报警时，闭锁与此相关的测控功能；当保测一体装置检测到发生光纤断链报警时，闭锁与此相关的保护、测控功能。
当链路断链或异常时，可以结合网络拓扑结构定位具体故障链路，以图5为例，4台保护装置挂在同一台交换机上，其中装置1和装置2负责发送GOOSE报文到交换机，装置3和装置4同时接收装置1和装置2发送的GOOSE报文。在发生不同故障时，光纤断链报警情况如下表所示：其中O代表有报警，X代表无报警。根据此二维表格，便可直观定位出故障链路。
Figure BDA0001289956150000071
本发明不依赖于通信报文格式、发送周期等约束条件，监测速度快，定位准确、直观，适用于各种基于光纤通信网络的应用场合，在光纤断链时可及时给出预防措施闭锁相关功能，特别是对快速性和实时性有很高要求的保护方案，可有效提高保护的可靠性。同时，能提高运维人员的检修效率。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法，每台设备采用OSI模型且通过物理层PHY芯片实现物理层的电气特性，每台设备的光接收模块、光发送模块以及应用软件之间通过PHY芯片实现数据信息交互，其特征在于，两台设备之间采用光纤直连的方式；
对于每台运行的设备，光接收模块实时监测光接收功率，当光接收功率大于设定的接收门槛时，认为光路正常，置光通信号SD为1，否则，认为光纤断链或异常，置光通信号SD为0；
PHY芯片实时监测光通信号SD，根据SD的状态生成PHY芯片链路状态Link；
应用软件按设定周期采集PHY芯片链路状态，当链路断链或异常时报光纤断链报警，并闭锁与此相关的功能；
两台设备之间采用光纤直连的方式，本侧设备的发送端和对侧设备的接收端相连，且本侧设备的接收端和对侧设备的发送端相连，发送和接收采用独立的光纤通道；
PHY芯片链路状态检测模式设置为正常运行方式，即数据接收通道异常时，关闭数据发送通道；
PHY芯片实时采集光通信号SD，当SD为1时，经过T1时间防抖后置链路状态Link为1，否则置0，其中T1为链路状态Link防抖时间定值；
应用软件根据任务执行周期T0采集链路状态Link，当Link为0时经过T2时间防抖后报光纤断链报警，其中T2为光纤断链报警防抖时间定值；
当保护装置检测到发生光纤断链报警时，闭锁与此相关的保护功能；当测控装置检测到发生光纤断链报警时，闭锁与此相关的测控功能；当保测一体装置检测到发生光纤断链报警时，闭锁与此相关的保护、测控功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法，其特征在于，当链路断链或异常时，结合网络拓扑结构定位具体故障链路。
3.根据权利要求1所述的一种基于物理层的光纤通信断链快速监测方法，其特征在于，设备的类型包括二次设备和通信转接设备。
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