CN107666362B - 一种电力通信多业务隔离接入系统及接入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力通信多业务隔离接入系统及接入方法,所述系统包括局端、终端和控制管理系统;在所述局端采用合波解波器将业务复用在同一根光纤上,经ODN网络送到所述终端,在所述终端设置另一合波解波器,将不同的光信号分离出来;所述控制管理系统包括业务接入控制模块和设备管理模块;所述接入方法包括,对电力业务进行等效物理隔离,业务识别验证和通道保护;本发明引入了WDM‑PON技术,实现了多种电力通信业务接入,在终端设备中嵌入业务识别模块,保证了业务接入的准确性,采用LOS信号检测和心跳报文检测相结合的方法,实现对光纤链路故障的实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统通信及无源光网络(PON)技术领域,具体讲涉及一种电力通信多业务隔离接入系统及接入方法。
背景技术
终端通信接入网是电力通信网的重要组成部分,提供配电自动化、用电信息采集、电能质量监测、分布式能源、智能用电、电动汽车充换电站等多种电力业务的接入功能。终端通信接入网采用的建设和运维模式是各个业务部门按业务系统独自建网,形成多张网络,各个部门自行维护,形成了多种业务、多张网络、多种通信方式并存的接入网现状。随着接入网建设规模的扩大和接入业务种类的逐渐增多,这种建网方式的弊端也逐渐暴露出来:(1)电力终端通信接入网一直是根据业务需要单独建设,一种业务接入一张网络,通信资源浪费严重;(2)在网络故障、流量突发等情况下,无法实现网络间协同通信和冗余备份,网络可靠性低;(3)接入网网络规模大,业务流量小,对成本敏感,各种业务单独建网,重复建设严重,建网与运维成本高,不利于设备的统一运维管理。
因此迫切需整合当前电力系统接入网资源,需要研究针对电力系统业务需求和网络现状的接入网多业务承载技术,实现接入网通信资源的灵活调度、业务在不同网络间的灵活接入与切换,提高网络资源利用效率,降低建网成本。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足,本发明提供一种电力通信多业务隔离接入系统及接入方法。
本发明提供的技术方案是:一种电力通信多业务隔离接入系统,所述系统包括局端、终端和控制管理系统;
在所述局端采用合波解波器将业务复用在同一根光纤上,经ODN网络送到所述终端,在所述终端设置另一合波解波器,将不同的光信号分离出来;
所述控制管理系统包括业务接入控制模块和设备管理模块。
优选的,所述局端WDM-PON OLT包括:槽位和OLT局端控制CPU;
所述槽位包括:基本业务槽位、实现基本OAM功能槽位和可扩展业务槽位;
所述OLT局端控制CPU包括的网口中:分别对应一个业务OLT PON MAC的4个配置串口,与波长组5连接的OLT PON MAC对应的OAM网口,分别与网管软件和级联OLT设备连接的网口。
优选的,所述基本业务槽位上的业务采用波长组的彩光模块传输;
所述实现基本OAM功能槽位上的OAM报文和专用信令报文采用波长组5的彩光模块传输,波长组5的下行链路为λ9,上行链路为λ10;
所述可扩展业务槽位上的业务分别采用波长组6、7和8进行传输;所述波长组6、7和8分别对应的下行链路和上行链路分别为λ11和λ12、λ13和λ14、λ15和λ16。
优选的,所述终端设备WDM-PON ONU包括:槽位和ONU终端控制CPU;
所述槽位包括:4个基本业务槽位、实现OAM功能的槽位和可扩展的业务槽位;
所述ONU终端控制CPU包括:分别对应一个ONU PON MAC的4个配置串口,与波长组5连接的ONU PON MAC对应的OAM网口,分别与倒换开关和LOS信号检测连接的网口。
优选的,所述终端WDM-PON ONU的工作原理包括:ONU终端侧使用合波解波器将不同PON的光信号分离出来,并连接到各自的ONU模块上接收,在ONU内部通过所述基本业务槽位分别对接入网口传输的PON MAC地址进行业务识别,根据识别结果控制倒换开关,进而确定是否启动波长组对应的波长进行数据传输,波长传输的数据通过合波解波器将业务复用在同一根光纤上;
所述接入网口采用千兆以太网端口。
优选的,所述ONU控制CPU的4个配置串口只接收发送配置信息和状态信息,禁止任何网络数据报文的传送,保证各业务通道之间的连接关系在网络层面是隔离的;
所述倒换开关指向光模块A和光模块B,在正常工作时,开关指向光模块A否则,在CPU的控制下,开关切换至光模块B;
所述开关切换至光模块B的条件是:LOS信号检测到光路故障或者心跳报文检测到链路失效。
所述的电力通信多业务隔离接入系统的接入方法,所述接入方法包括:
(1)对电力业务进行等效物理隔离;
(2)业务的识别验证;
(3)通道保护。
优选的,所述步骤(1)采用CWDM技术对电力业务进行等效物理隔离;
所述CWDM技术包括:支持8组16个波长,奇数波长用于下行链路,偶数波长用于上行链路;
采用CWDM技术的波长组分配包括:波长组1-4分别承载4个业务通道,波长组6-8保留为扩展业务通道,波长组5的上行链路为1310nm,下行链路为1490nm通道,用于承载OAM报文和专用信令报文。
优选的,所述步骤(2)业务的识别验证通过业务识别模块实现,
所述业务的识别验证包括:采用FPGA+CPU或网络处理器,对用户预先设置的业务特征进行网络报文的识别,对终端设备接收和发送方向的以太网报文进行字段匹配,如果检测到非法接入的业务,则向管理管理模块汇报;
所述业务特征包括:源MAC地址/目的MAC地址、报文类型、源IP/目的IP、端口、以及用户自定义的任意字段。
优选的,所述步骤(3)通道保护包括:双WDM-PON口单MAC保护方案或手拉手组网保护方案;
所述双WDM-PON口单MAC保护方案包括:由单台局端设备WDM-PON OLT引出2个WDM-PON端口,通过不同的ODN网络连接到同一个ONU的两个WDM-PON口,局端设备WDM-PON OLT对这两个WDM-PON的数据做热备份,当其中一个链路出现故障时,ONU设备通过内置电开关快速完成切换;
所述手拉手组网保护方案包括:在两个具备网络连接的站点分别部署局端设备WDM-PON OLT,各引出1个WDM-PON链路组成手拉手环网,将具备双WDM-PON端口的ONU分别连接到这2条链上,实现OLT设备、主干光纤、WDM-PON端口、分光器、分支光缆的全保护。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.本发明引入WDM-PON技术,实现由不同部门分管的多种电力通信业务接入,即满足了业务的等效物理隔离,且节约的光纤链路资源。相比独立建设的业务传输系统,降低了设备采购和系统运维成本。
2.本发明在终端设备中嵌入业务识别模块,对接入的业务报文进行有效检查和验证,保证的业务接入的准确性,回避了施工造成的错误,同时也预防了非法用户接入,提高了安全性能。
3.本发明的电力通信多业务隔离接入系统采用光纤LOS信号检测和心跳报文检测相结合的方法,对光纤链路故障进行实时监测,并具备断纤切换能力,提高了电力通信多业务接入的可靠性。
附图说明
图1为本发明的电力通信多业务隔离接入系统原理示意图;
图2为本发明的局端设备原理框图;
图3为本发明的终端设备原理框图;
图4为本发明的双WDM-PON口单MAC保护方案示意图;
图5为本发明的手拉手组网保护方案示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明提供一种电力通信多业务隔离接入系统及接入方法,所述系统包括:局端WDM-PON OLT,终端WDM-PON ONU和控制管理系统。
1.局端设备(WDM-PON OLT)
如图2所示,OLT局端设备每块板卡实现一种电力业务接入并单独上联,各个业务间做到物理隔离,除4个基本业务槽位外,还预留可扩展的业务槽位。OLT采用波分的PON模块,接收和发送不同波长的上下行光信号。四个业务采用四个波长组的彩光模块,业务1使用波长λ1和λ2,业务2使用波长λ3和λ4,业务3使用波长λ5和λ6,业务4使用波长λ7和λ8,在设备内部或外部通过合波解波器将业务复用的同一根光纤上。在上联方向,四种电力业务分别由隔离的四路千兆以太网端口引出。
OLT采用单独的PON MAC实现基本OAM和扩展OAM功能,使用波长λ9和λ10,做到OAM与业务相互独立,互不干扰。四个业务PON MAC的配置管理工作由控制CPU完成。该CPU的4个配置串口分别连接到PON MAC,串口只接收发送配置信息和状态信息,禁止任何网络数据报文的传送,保证各业务通道之间的连接关系在网络层面是隔离的。此外,控制CPU的两个网口还分别连接网管软件和级联OLT设备,实现设备的配置管理和OLT级联功能。使用两台设备实现手拉手ONU保护时,级联网口可用来传送保护切换信令。
2.终端设备(WDM-PON ONU)
如图3所示,终端设备ONU每块板卡实现一种业务接入,各个业务间做到物理隔离,除4个基本业务槽位外,还预留可扩展的业务槽位。ONU采用波分的PON模块,接收和发送不同波长的上下行光信号。四个业务采用四个波长组的彩光模块,业务1使用波长λ1和λ2,业务2使用波长λ3和λ4,业务3使用波长λ5和λ6,业务4使用波长λ7和λ8,在设备内部或外部通过合波解波器将业务复用的同一根光纤上。在接入侧,四种电力业务分别由隔离的四路千兆以太网端口引入,同时,也可以支持RS485、无线WIFI等其它接入方式。
ONU采用单独的PON MAC实现基本OAM和扩展OAM功能,使用波长λ9和λ10,做到OAM与业务相互独立,互不干扰。四个业务PON MAC的配置管理工作由控制CPU完成。该CPU的4个配置串口分别连接到PON MAC,串口只接收发送配置信息和状态信息,禁止任何网络数据报文的传送,保证各业务通道之间的连接关系在网络层面是隔离的。此外,ONU内部增加了倒换开关,正常工作时,开关指向光模块A,WDM-PON端口A为活动端口(active port),当通过LOS信号检测到光路故障或者通过心跳报文检测到链路失效时,在CPU的控制下,开关切换至光模块B,WDM-PON端口B变为活动端口,从而实现链路的保护倒换。
3.控制管理系统
控制管理系统包括业务接入控制与设备管理系统,该系统应用于局端和终端,用于实现对局端和终端设备的业务接入和设备的管理。
系统完成的功能包括:
(1)支持业务隔离的局端设备和终端设备的发现、注册及管理,可以查看设备和端口的状态,实时监测多种业务数据包的转发情况。
(2)电力业务的配置,配置业务到指定的局端设备和终端设备端口,将业务数据包的特征值下载到业务识别模块中。
(3)保护倒换管理,包括保护倒换策略的配置下发,配置局端设备和终端设备是否启用保护倒换功能,并实时查看链路状态。
本发明提供一种电力通信多业务隔离接入系统及接入方法,所述接入方法包括:
(1)对电力业务进行等效物理隔离;
(2)业务的识别验证;
(3)通道保护。
1.采用波长进行电力业务的等效物理隔离
利用WDM-PON技术,通过不同波长对(上/下行)承载不同类型电力通信业务,实现业务间等效物理隔离(高隔离度方案)。为达到等效物理隔离效果,采用WDM技术在同一纤芯中传输多个数据业务。采用CWDM技术可支持8组16个波长,奇数波长用于下行链路,偶数波长用于上行链路其中1390nm波长有最大衰耗,故暂不使用,1550nm波长也被保留,为今后扩展其他功能使用。在通道分配方面,波长组1至4分别承载4个业务通道,波长组6至8保留为三个扩展业务通道使用。波长组5为1310nm和1490nm通道,该通道为传统的PON链路上下行波长,选择该波长组作为管理和信令通道,承载OAM报文和专用信令报文,例如心跳报文等。
局端设备每个独立PON口连接彩光模块,通过合波解波器(无源)最终由单纤引出,经过光分路器到ONU侧。ONU的内部也是4个独立PON-MAC,分别接4个彩光模块和合解波器。
表1
采用WDM-PON技术的业务接入系统的原理结构图如图1所示。图中OLT局端设备每块板卡实现一种业务接入并单独上联,各个业务间做到物理隔离。OLT采用波分的PON模块,发送不同波长的下行光信号,通过无源WDM合波器合成到同一光纤,中间经过ODN网络到达各个用户终端。OUN终端侧使用无源WDM解波器,将不同PON的光信号分离出来,并连接到各自的ONU模块上接收。上行信号同样发送通过WDM合波后送到OLT再解波接收。通过这种WDM-PON方式,可以为每个ONU终端提供4路PON业务通道,这几个业务通道间相互物理隔离,互不影响,而中间的传输采用同一套系统,方便平时的运行维护。这种方案有效的节约了光纤资源,极大提高了网络带宽和稳定性。
2.业务的识别验证
业务识别和验证在终端设备上完成。电力通信业务在接入终端设备后,进入业务识别模块,对业务和合法性进行检测。识别采用FPGA+CPU或网络处理器,可以针对用户预先设置的业务特性进行网络报文的识别,识别性能达到线性转发速度。业务特征域包括源MAC地址/目的MAC地址、报文类型、源IP/目的IP、端口、以及用户自定义的任意字段,匹配方式采用数据和掩码结合的比对方式。业务识别模块对终端设备接收和发送方向的以太网报文进行字段匹配,如果检测到非法接入的业务,则向管理模块汇报。
3.通道保护
为满足电力通信业务可靠性传输,多业务隔离接入系统可采用以下两种保护方案。
(1)双WDM-PON口单MAC保护方案:如图4所示,由单台局端设备(WDM-PON OLT)引出2个WDM-PON端口,通过不用的ODN网络连接到同一个ONU的两个WDM-PON口,OLT对这两个WDM-PON的数据做热备份,当其中一个链路出现故障时,ONU设备通过内置电开关快速完成切换,可以满足电力EPON技术标准规定的光通道保护倒换时间小于50ms的规定。
(2)手拉手组网保护方案:如图5所示,在两个具备网络连接的站点分别部署局端设备(WDM-PON OLT),各引出1个WDM-PON链路组成手拉手环网,将具备双WDM-PON端口的ONU分别连接到这2条链上,这样可以实现OLT设备、主干光纤、WDM-PON端口、分光器、分支光缆的全保护。手拉手保护中ONU可以设计成双MAC双WDM-PON口。相比双WDM-PON口单MAC保护方案,手拉手保护能提供更强的保护性能,虽然也会增加电力WDM-PON系统的运营成本。
终端设备ONU采用光纤LOS信号检测和心跳报文检测相结合的方法判断光纤通道是否正常。一方面,板卡上的所有波长光模块都会监听WDM-PON光纤LOS信号,并通过中断的形式上报给CPU单元,由CPU控制光路切换。另一方面,由局端设备OLT中的独立OAM板卡单元(波长λ9和λ10)周期发送心跳报文,若ONU在适当的时间段内没有收到心跳报文,则认为光纤通道存在异常,由CPU单元进行端口切换。由于心跳报文在独立的OAM波长通道内传输,因此不会占用正常业务的带宽。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种电力通信多业务隔离接入系统,其特征在于,所述系统包括局端WDM-PON OLT、终端设备WDM-PON ONU和控制管理系统;
在所述局端WDM-PON OLT采用合波解波器将业务复用在同一根光纤上,经ODN网络送到所述终端设备WDM-PON ONU,在所述终端设备WDM-PON ONU设置另一合波解波器,将不同的光信号分离出来;
所述控制管理系统包括业务接入控制模块和设备管理模块;
所述局端WDM-PON OLT包括:槽位和OLT局端控制CPU;
所述槽位包括:基本业务槽位、实现基本OAM功能槽位和可扩展业务槽位;
所述OLT局端控制CPU包括的网口中:分别对应一个业务OLT PON MAC的4个配置串口;采用波长组5传输信号的OAM网口,分别与网管软件和级联OLT设备连接;
所述基本业务槽位上的业务采用波长组的彩光模块传输;
所述实现基本OAM功能槽位上的OAM报文和专用信令报文采用波长组5的彩光模块传输,波长组5的下行链路为λ9,上行链路为λ10;
所述可扩展业务槽位上的业务分别采用波长组6、7和8进行传输;所述波长组6、7和8分别对应的下行链路和上行链路分别为λ11和λ12、λ13和λ14、λ15和λ16。
2.如权利要求1所述的电力通信多业务隔离接入系统,其特征在于,所述终端设备WDM-PON ONU包括:槽位和ONU终端控制CPU;
所述槽位包括:4个基本业务槽位、实现OAM功能的槽位和可扩展的业务槽位;
所述ONU终端控制CPU包括:分别对应一个ONU PON MAC的4个配置串口,采用波长组5传输信号的OAM网口,分别与倒换开关和LOS信号检测连接。
3.如权利要求2所述的电力通信多业务隔离接入系统,其特征在于,所述终端设备WDM-PON ONU的工作原理包括:ONU终端侧使用合波解波器将不同PON的光信号分离出来,并连接到各自的ONU模块上接收,在ONU内部通过所述基本业务槽位分别对接入网口传输的PONMAC地址进行业务识别,根据识别结果控制倒换开关,进而确定是否启动波长组对应的波长进行数据传输,波长传输的数据通过合波解波器将业务复用在同一根光纤上;
所述接入网口采用千兆以太网端口。
4.如权利要求2所述的电力通信多业务隔离接入系统,其特征在于,所述ONU控制CPU的4个配置串口只接收发送配置信息和状态信息,禁止任何网络数据报文的传送,保证各业务通道之间的连接关系在网络层面是隔离的;
所述倒换开关指向光模块A和光模块B,在正常工作时,开关指向光模块A否则,在CPU的控制下,开关切换至光模块B;
所述开关切换至光模块B的条件是:LOS信号检测到光路故障或者心跳报文检测到链路失效。
5.一种如权利要求1所述的电力通信多业务隔离接入系统的接入方法,其特征在于,所述接入方法包括:
(1)对电力业务进行等效物理隔离;
(2)业务的识别验证;
(3)通道保护。
6.如权利要求5所述的电力通信多业务隔离接入系统的接入方法,其特征在于,所述步骤(1)采用CWDM技术对电力业务进行等效物理隔离;
所述CWDM技术包括:支持8组16个波长,奇数波长用于下行链路,偶数波长用于上行链路;
采用CWDM技术的波长组分配包括:波长组1-4分别承载4个业务通道,波长组6-8保留为扩展业务通道,波长组5的上行链路为1310nm,下行链路为1490nm通道,用于承载OAM报文和专用信令报文。
7.如权利要求5所述的电力通信多业务隔离接入系统的接入方法,其特征在于,所述步骤(2)业务的识别验证通过业务识别模块实现,
所述业务的识别验证包括:采用FPGA+CPU或网络处理器,对用户预先设置的业务特征进行网络报文的识别,对终端设备接收和发送方向的以太网报文进行字段匹配,如果检测到非法接入的业务,则向管理模块汇报;
所述业务特征包括:源MAC地址/目的MAC地址、报文类型、源IP/目的IP、端口、以及用户自定义的任意字段。
8.如权利要求5所述的电力通信多业务隔离接入系统的接入方法,其特征在于,所述步骤(3)通道保护包括:双WDM-PON口单MAC保护方案或手拉手组网保护方案;
所述双WDM-PON口单MAC保护方案包括:由单台局端设备WDM-PON OLT引出2个WDM-PON端口,通过不同的ODN网络连接到同一个ONU的两个WDM-PON口,局端设备WDM-PON OLT对这两个WDM-PON的数据做热备份,当其中一个链路出现故障时,ONU设备通过内置电开关快速完成切换;
所述手拉手组网保护方案包括:在两个具备网络连接的站点分别部署局端设备WDM-PON OLT,各引出1个WDM-PON链路组成手拉手环网,将具备双WDM-PON端口的ONU分别连接到这2条链上,实现OLT设备、主干光纤、WDM-PON端口、分光器、分支光缆的全保护。
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