CN107742924A - 智能电网接入分布式自适应节点及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了智能电网接入分布式自适应节点及系统，包括接入节点选择判决模块、若干双向光纤链路，若干单向光纤链路、MXN光交换矩阵、光冲突存储调度单元、控制单元；节点能根据用户需要与接入系统状态实时自适应调整通信链路来满足智能电网接入大容量数据突发性、实时性传输要求，并提高智能电网接入通信链路与接入节点利用率。基于本发明节点能够形成多种传输保护架构：单出单入双出双入的双环双向连接传输保护架构、单出双入双出单入双环交叉连接传输保护架构、双向传输环单向交叉网状传输保护架构、交叉网形树状混合内环传输保护架构。
Description
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，涉及智能电网接入分布式自适应节点及基于该节点的系统。
背景技术
过去若干年内，随着智能电网飞速发展，智能电网(Smart Grid)中的用户数量与站点数目急剧增长，智能电网中各种数据信息快速增长，高速大容量数据实时传输、实时视频通讯、交互式应用需求及新型业务在飞速发展，相应对带宽的需求也急剧增加。原来作为传输媒质的铜缆由于发热、速率低等因素而无法满足大容量实时数据传输需求，光通信技术的发展则大大减少了带宽资源方面的压力，可以满足智能电网在带宽增长方面的需求，并因具有不受电磁干扰、容量大、远距离损耗小等特点，被认为是最有希望应用于智能电网中的实际新型通信技术之一。并且，基于光通信技术，采用串联(波分复用)和并联(空分复用)的形式组建数据传输架构，可满足大规模远距离接入网络系统的需要。
然而智能电网接入部分的整体压力依然存在，主要集中在接入系统内部节点之间传输数据时依然存在的交换效率低、传输时延大、信道阻塞率高、保护力度弱等关键问题。尤其是面对细粒度数据传输交互应用中，接入系统性能在很大程度上是由整体的通信能力所决定，这使得对于接入系统内联架构设计有着更高的要求。
在光纤通信技术的发展过程中，先后出现了光电路交换(OCS)、光突发交换(OBS)、光分组交换(OPS)等数据交换方式，基于OCS的通信网络试图在节点间建立永久的静态光路链接，适用于吞吐量较大的数据传输，但静态特性使得链路占用时间高，可重复利用时间低，无法满足用户突发业务的需求。基于OBS的通信网络虽然可满足采用较高吞吐量传输大数据流的需求，也可满足需要较低时延的小数据流的需求，但每条链路需要预算分配，提前估计时间，而且需要组装突发的用户数据，这将引入较大的突发装配时延，仍具有较高的阻塞率，不能满足低时延实时性要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了智能电网接入分布式自适应节点及系统，能根据用户需要与接入系统状态实时自适应调整通信链路来满足智能电网接入大容量数据突发性、实时性传输要求，并提高智能电网接入通信链路与接入节点利用率。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
智能电网接入分布式自适应节点，包括接入节点选择判决模块、若干双向光纤链路，若干单向光纤链路、MXN光交换矩阵、光冲突存储调度单元、控制单元；
所述双向光纤链路包括光解复用器、第一头处理单元、第一MXK光交换矩阵、第二MXK光交换矩阵、第二头处理单元、光复用器，所述光解复用器通过双向接入链路与接入节点选择判决模块连接,光解复用器输出端与第一头处理单元输入端连接，第一头处理单元输出端通过光纤延时线与第一MXK光交换矩阵连接，第一MXK光交换矩阵通过光环形器与MXN光交换矩阵相连，第二MXK光交换矩阵通过光环形器与MXN光交换矩阵相连，第二头处理单元通过光纤延时线与第二MXK光交换矩阵连接，光复用器与第二头处理单元连接，光复用器连接双向输出链路；
所述单向光纤链路包括光解复用器、头处理单元、光复用器，光解复用器通过单向接入链路与接入节点选择判决模块连接，头处理单元通过光纤延时线与MXN光交换矩阵相连，光复用器输入端与MXN光交换矩阵输出端连接，光复用器输出端连接单向输出链路；
控制单元分别与接入节点选择判决模块、双向光纤链路中的各头处理单元以及单向光纤链路中的各头处理单元连接，光冲突存储调度单元的输出输入端均与MXN光交换矩阵连接，MXN光交换矩阵连接下路通道，第二头处理单元连接上路通道；
接入节点选择判决模块用于对于外部节点传递进来的数据流进行预处理操作，读取当前节点负载状态与相邻节点负载状态及全网负载均衡状态，并实时操作当前节点负载状态数据更新写入与广播当前节点负载状态信息至相邻节点，实现对输入数据流进行处理，并依据路由控制信息进行正反向传输调度设置规划；光解复用器用于将多路光信号分解至不同波长信道上，头处理单元用于将数据信号与数据分组头控制信号分离，再将分开的含有数据分组头的多路信号处理后传递到控制单元中；MXK光交换矩阵将选择的数据分组信号传递到MXN光交换矩阵中；MXN光交换矩阵用于控制光域数据分组的竞争冲突解决调度存储，传递处理完毕的数据分组或者接收从DO链路反向传输的数据分组。
进一步的，所述控制单元包括光电转换器、核心控制算法模块、核心调度算法模块、节点状态与网络状态实时信息库，光电转换器的输出端与核心控制算法模块、节点状态与网络状态实时信息库分别连接，核心控制算法模块的输出端与核心调度算法模块的输入端连接，网络状态实时信息库输出端与核心调度算法模块及核心控制算法模块的输入端同时连接，核心调度算法模块的输出端及核心控制算法模块的输出端与网络状态实时信息库输入端连接；
光电转换器将详细的数据分组头信息传送到核心控制算法模块，通过处理算法产生相应的控制流程，将实时状态信息传递给核心控制算法模块与核心调度算法模块，核心控制算法模块根据节点状态、网络状态、调度算法、控制算法进行综合决策，产生相应的控制调度策略，实施对相应的用户数据进行操作调度；核心调度算法模块将已经更新的节点状态存储于节点状态与网络状态实时信息库中，并通过双向传输链路将信息广播到相邻节点。
进一步的，所述接入节点选择判决模块在一般状态时，传输用户数据信息优先选择SI链路，传输网络状态信息优先选择DI链路，当节点负载超过阈值系数时，将分配DI链路的部分比例用于传输用户数据信息。
进一步的，50％＜阈值系数＜1，0＜分配比例＜1。
MXN光交换矩阵、MXK光交换矩阵和光环形器在如下几种情况时组合实现正向逆向数据流双向切换传输：
根据全网实时动态的负载信息及当前ANI模块规划调度信息，当数据无法传送至下一节点时，数据需要反向传输选取其它节点；
当前节点负载出现异常时，需要转移数据至相邻节点来进行负载均衡处理时，启用逆向传输操作；
当前节点输出端口所连接的节点群进行数据逆向传输，而当前节点接收到了逆向传输的数据。
进一步的，所述光环形器用于实施双向保护传输。
基于智能电网接入分布式自适应节点的系统，采用m级节点互联方式，系统中节点均采用上述节点结构，每级节点处于对等地位，第k级节点的双向输入链路端口与k-1级节点的双向输出链路端口连接，双向输出链路端口与k+1级节点的双向输入链路端口连接，单向输入链路端口与k-1级节点的单向输出链路端口连接，单向输出链路端口与k+1级节点的单向输入链路端口连接，k≥2。
基于智能电网接入分布式自适应节点的系统，采用m级节点互联方式，系统中节点均采用上述节点结构，每级节点处于对等地位，第k级节点的双向输入链路端口与k-1级节点的单向输出链路端口连接，双向输出链路端口与k+1级节点的单向输入链路端口连接，单向输入链路端口与k-1级节点的双向输出链路端口连接，单向输出链路端口与k+1级节点的双向输入链路端口连接，k≥2。
基于智能电网接入分布式自适应节点的系统，采用m级节点互联方式，系统中节点均采用上述节点结构，每级节点处于对等地位，第k级节点的双向输入链路端口与k-1级节点的双向输出链路端口连接，双向输出链路端口与k+1级节点的双向输入链路端口连接，单向输入链路端口与非k-1级节点的单向输出链路端口连接，单向输出链路端口与非k+1级节点的双向输入链路端口连接，k≥2。
基于智能电网接入分布式自适应节点的系统，采用m级节点群互联方式，系统中节点均采用上述节点结构，每级节点处于对等地位，第k级节点群至少包括k个节点，k≥2且k为自然数，第k级节点群中各节点的单向/双向输入链路端口与k-1级节点群中所有节点的单向/双向输出链路端口连接，各节点的单向/双向输出链路端口与k+1级节点群中所有节点的单向/双向输入链路端口连接，第k级节点群内各节点间通过SI与SO链路进行互联组成单向传输环，每级别节点中空闲的单向双向输入端口用于本地用户数据上路，空闲的单向双向输出端口用于接收用户数据本地下路。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
1.本发明节点能根据用户需要与接入系统状态实时自适应调整通信链路，并在需要时实现正向逆向数据流双向切换传输，从而减小传输时延，降低丢包率与阻塞率，提高接入系统保护冗余度。
2.基于本发明节点能够形成多种传输保护架构：单出单入双出双入的双环双向连接传输保护架构，可提供多路备份保护；单出双入双出单入双环交叉连接传输保护架构，在每级节点输出时都有机会选择下一级节点的不同DI或SI输入端口，可提高选路配置灵活性，并降低内部算法调度复杂度；双向传输环单向交叉网状传输保护架构，在每级节点输出时都有机会选择不同输出端口，可提高选路配置灵活性，并降低内部算法调度复杂度，减小搜索节点时间并，进行网状快速寻址交互传输，减少传输延时，又能提供环状双向多路备份保护传输，根据节点与网络状态随时切换至相邻空闲节点；交叉网形树状混合内环传输保护架构，可减轻数据传输处理压力，通过分级方式，每级节点群只需要处理上下级两级节点群，无需考虑更高级或更低级别节点群。在每级节点群内部节点之间通过单向传输环，可对上下路、同级数据传输提供冗余保护，根据节点与网络状态随时切换至相邻空闲节点，通过采用DO、DI链路进行交叉双向传输，可提高选路配置灵活性，并降低内部算法调度复杂度，减小搜索节点时间并，进行网状快速寻址交互传输，减少传输延时，可以增大数据传输容量。
附图说明
图1为本发明提供的智能电网接入分布式自适应节点结构示意图。
图2为负载增大时增加分配双向DI链路降低丢包率图。
图3为节点的控制单元结构示意图。
图4为实施例二提供的基于智能电网接入分布式自适应节点的系统结构示意图。
图5为实施例三提供的基于智能电网接入分布式自适应节点的系统结构示意图。
图6为实施例四提供的基于智能电网接入分布式自适应节点的系统结构示意图。
图7为实施例五提供的基于智能电网接入分布式自适应节点的系统结构示意图。
图8为实施例五提供的另一种基于智能电网接入分布式自适应节点的系统结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一：
如图1所示，智能电网接入分布式自适应节点，包括接入节点选择判决模块ANI、若干双向光纤链路，若干单向光纤链路、MXN光交换矩阵I5、光冲突存储调度单元I6、控制单元I10；
ANI位于当前节点的输入端口处，ANI通过若干光纤链路与相邻节点直接连接，对于外部节点传递进来的数据流进行预处理操作，读取当前节点负载状态与相邻节点负载状态及全网负载均衡状态，并实时操作当前节点负载状态数据更新写入与广播当前节点负载状态信息至相邻节点，实现对输入数据流进行分类，标签区别，等级区别，规划调度等操作处理，并实现依据路由控制信息进行正反向传输调度设置规划。规划首先根据节点负载、数据流中优先级高的数据数量与当前节点负载所剩余的处理能力，选择α比例的部分数据进行节点处理传输至下一节点(0≤α≤1)，剩余的(1-α)比例的数据流则选择逆向传输。同时，ANI与控制单元I10互通信息，因为I10接收I1、I11与I12传输过来的控制信息，故依据这三处提供的控制信息进行分配，其中，I1、I11所提供的控制信息用于正向传输链路、传输波长等资源的选择分配，I12所提供的控制信息用于反向传输时链路、传输波长等资源的选择分配。
单向光纤链路具备M1条单向接入链路SI(M1≥1且为自然数)与N1条单向输出链路SO(N1≥1且为自然数)、双向光纤链路具备M2条双向接入链路DI(M2≥1且为自然数)与N2条双向输出链路DO(N2≥1且为自然数)。
采集的用户数据、网络状态信息使用密集波分复用(DWDM)技术通过光纤链路传输，当数据流进入节点时，经过接入节点选择判决模块ANI，根据节点负载状态与网络状态综合判决，根据数据流优先级、路由等控制信息，自适应选择DI、SI输入链路，在一般状态时，传输用户数据信息优先选择SI链路，传输网络状态信息优先选择DI链路，然而，当节点负载超过一定阈值系数Load_k时(50％＜Load_k＜1)，将分配DI链路的k比例部分用于传输用户数据信息(0＜k＜1)。
图2为负载增大时，增加分配双向DI链路降低丢包率图，由图2可知，当节点负载Load升高时，增加DI链路的分配比例k可大大降低丢包率，最高可降低2.9％。
如图1，双向光纤链路包括光解复用器I0、第一头处理单元I11、第一MXK光交换矩阵I31、第二MXK光交换矩阵I32、第二头处理单元I12、光复用器I71、I72。光解复用器I0通过双向接入链路DI与接入节点选择判决模块连接，进入节点的数据流经过光解复用器I0将多路光信号分解至不同波长信道上，I0输出端与第一头处理单元输入端I11连接。第一头处理单元I11用于将数据信号与数据分组头控制信号分离，再将分开的含有数据分组头的多路信号处理后传递到控制单元I10中，I11输出端通过光纤延时线与第一MXK光交换矩阵I31连接。头处理单元亦向MXK光交换矩阵传递含有数据分组头的多路信号。头处理单元向I10传递少部分比例信号，向MXK矩阵传递大部分信号，信号完全相同，功率有所不同。第一MXK光交换矩阵I31通过光环形器I4与MXN光交换矩阵相连，将选择的数据分组信号传递到MXN光交换矩阵I5中。MXN光交换矩阵I5对数据分组执行冲突解决、数据交换和选路寻址等操作，MXN光交换矩阵I5的第一部分输出端与光冲突存储调度单元I6输入端连接，用于控制光域数据分组的竞争冲突解决调度存储等问题，MXN光交换矩阵I5的第二部分输出端与光环形器I4连接，光环形器I4与第二MXK光交换矩阵I32连接，第二头处理单元I12通过光纤延时线I2与第二MXK光交换矩阵I32连接，头处理单元I12再与复用器I71相连，光复用器连接双向输出链路DO，用于传递处理完毕的数据分组或者接收从DO链路反向传输的数据分组；MXN光交换矩阵I5的第三部分输出端与光复用器I72输入端相连，将处理完毕的数据分组通过光纤链路,SO传送到其他节点，
MXK光交换矩阵I31、I32、光环形器I4、MXN光交换矩阵I5三种器件组合在一起实现正向逆向数据流双向切换传输，基本原则为通过节点内部负载状态，及周遭相邻节点实时交互的子网状态信息，进行自适应数据流方向切换传输。
节点中有正向和逆向两种传输方式，其传输原理分别如下：
正向传输时：
从ANI进来的数据流分成两路，一路进入DI双向链路，一路进行SI单向链路。
进入DI双向链路的数据流，通过光解复用器I0将数据流分路，再通过I11头处理单元将地址码、优先级等控制信息发送到I10控制单元，另一部分数据流通过光纤延时线I2等待，经过光交换矩阵I31进行路由选择，经过处理的数据流再经过环形器I4进行中转，再通过光交换矩阵I5进行数据输出交换处理，经过处理的数据，如果要从DO输出链路输出，则数据进入I4环形器进行中转，并通过光交换矩阵I32进行路由选择，最终通过光纤延时线I2、头处理单元I12，与光复用器I71从DO链路输出；如果要从SO输出链路输出，则根据网络状态选择进入光冲突存储调度单元I6进行缓存，或直接经光复用器I72从SO链路输出。
进入SI单向链路的数据流，通过光解复用器I0将数据流分路，再通过I11头处理单元将地址码、优先级等控制信息发送到I10控制单元，另一部分数据流通过光纤延时线I2等待，经过光交换矩阵I5进行数据输出交换处理，经过处理的数据，如果要从DO输出链路输出，则数据进入I4环形器进行中转，并通过光交换矩阵I32进行路由选择，最终通过头处理单元I2，与光复用器I71从DO链路输出；如果要从SO输出链路输出，则根据网络状态选择进入光冲突存储调度单元I6进行缓存，或直接从光复用器I72从SO链路输出。同时本地上路的数据流通过I8端口接入到节点系统中，需要下路到本地的数据流通过I9端口进行接收处理。
逆向传输：
逆向传输的数据流仅从DO链路反向进入，此时数据流通过光解复用器I71将数据流分路，再通过I12头处理单元将地址码、优先级等控制信息发送到I10控制单元，另一部分数据流通过光纤延时线I2等待，经过光交换矩阵I32进行路由选择，经过处理的数据流再经过环形器I4进行中转，再通过光交换矩阵I5进行数据输出交换处理，经过处理的数据，如果要从DI链路输出，则数据进入I4环形器进行中转，并通过光交换矩阵I31进行路由选择，最终通过光纤延时线I2、头处理单元I11，通过光复用器I11从DI链路输出。
在如下几种情况下需要进行逆向传输：
根据全网实时动态的负载信息及当前ANI模块规划调度信息，当数据无法传送至下一节点时，数据需要反向传输选取其它节点。
或者，当前节点负载出现异常时，需要转移数据至相邻节点来进行负载均衡处理时，启用逆向传输操作。
逆向传输时，此节点系统的控制操作与控制功能均由I10全部负责实施，数据经过MXN光交换矩阵I5切换至相应输出链路，再经过光环形器I4传输，最后经过MXK光交换矩阵I3进行交换选择输出路径。
再者，当前节点输出端口所连接的节点群进行数据逆向传输，而当前节点接收到了逆向传输的数据，也会打开逆向传输操作功能。
当传输数据需要双向传输保护时，节点内部数据交互主要采用光环形器I4实施双向保护传输。
所述单向光纤链路包括光解复用器I0、头处理单元I1、光复用器I7，光解复用器通过单向接入链路SI与接入节点选择判决模块ANI连接，头处理单元I1通过光纤延时线I2与MXN光交换矩阵I5相连，MXN光交换矩阵I5的第三部分输出端与光复用器I7输入端相连，将处理完毕的数据分组通过光纤链路SO传送到其他节点，光复用器输出端I7连接单向输出链路SO。
光冲突存储调度单元的输出输入端均与MXN光交换矩阵连接，MXN光交换矩阵连接下路通道I9，第二头处理单元连接上路通道I8；节点本地接入用户数据通过上路通道I8与下路通道I9实现本地数据发送与接收。
如图3所示，节点的控制单元I10采用控制调度模块实现，该控制调度模块包括光电转换器C1、核心控制算法模块C2、核心调度算法模块C3，节点状态与网络状态实时信息库C4。
信息流进入控制单元I10时，光电转换器C1的输入端作为控制调度模块的控制信号输入端，光电转换器C1的输出端与核心控制算法模块C2、节点状态与网络状态实时信息库C4分别连接，光电转换器C1将详细的数据分组头信息传送到核心控制算法模块C2，通过处理算法产生相应的控制流程，核心控制算法模块C2的输出端与核心调度算法模块C3的输入端连接，核心控制算法模块C2的输出端作为核心调度算法模块C3的信号输入端，网络状态实时信息库C4输出端与核心调度算法模块C3及核心控制算法模块C2的输入端同时连接，将实时状态信息传递给C2与C3，核心控制算法模块C2的输入端与核心调度算法模块C3的输出端连接，根据节点状态、网络状态、调度算法、控制算法进行综合决策，核心调度算法模块C3产生相应的控制调度策略，实施对相应的用户数据进行操作调度。核心调度算法模块C3的输出端及核心控制算法模块C2的输出端与网络状态实时信息库C4输入端连接，将已经更新的节点状态存储于C4中，并通过双向传输链路将信息广播到相邻节点。
本节点能根据用户需要与接入系统状态实时自适应调整通信链路，并在需要时实现正向逆向数据流双向切换传输。
实施例二：
如图4所示，以m级节点互联方式为例，智能电网接入分布式自适应节点系统中节点均采用实施例一节点，定义每级节点处于对等地位，实现单出单入双出双入的双环双向连接传输方式。
每级节点拥有M个网络接入通信链路，以此类推，可以进行多级节点环形扩展。定义从节点发出的信号为上路信号，节点接收的信号为下路信号。节点所接入的M个用户数据流通过密集波分复用(DWDM)技术与头提取单元与MXN光交换矩阵连接，M个相邻节点的接入用户数据通过(DI,SI)与(DO,SO)链路与此节点相连。
具体地说：
第k-1级节点的DO输出链路端口与第k级节点的DI输入链路端口相连，
第k级节点的DO输出链路端口与第k+1级节点的DI输入链路端口相连，
第k-1级节点的SO输出链路端口与第k级节点的SI输入链路端口相连，
第k级节点的SO输出链路端口与第k+1级节点的SI输入链路端口相连，
其中，DO与DI链路相连接组成双向传输环，SO与SI链路相连接组成单向传输环，形成单出单入双出双入的双环双向连接传输保护架构。
相比于普通环状结构，本例节点系统可提供多路备份保护，并且可根据节点负载阈值系数Load_k来灵活分配用于传输用户数据的DI链路k比例部分，来实现降低节点丢包率。
用户状态、请求、反馈等数据信息实时传送到相连节点，每级节点均将同样数据信息、节点状态信息进行实时共享，并在控制单元存储模块中存储。数据分组头中所携带的用户信息，主要包括起始符、地址、优先级、类型、粒度、可变长度、保护标识、业务数据、校验码等等。传输数据分组时，先在相连节点路由表寻址，进行内部交换处理，分配查找目的节点，若无满足需要的目的节点单元，则将分组数据分发到邻近节点。邻近节点根据节点流量均衡情况进行判定，根据分组头信息寻找满足条件的合适邻近节点，采用回传或中继方式将分组传输到合适节点，反复执行，最终将用户数据传输至目的地。
实施例三：
如图5所示，以节点m级互联方式为例，智能电网接入分布式自适应节点系统中节点均采用实施例一节点，定义每级节点处于对等地位，实现单出双入双出单入双环交叉连接传输方式。每级节点拥有M个网络接入通信链路，以此类推，可以进行多级节点交叉环形扩展。定义从节点发出的信号为上路信号，节点接收的信号为下路信号。节点所接入的M个用户数据流通过密集波分复用(DWDM)技术与头提取单元与MXN光交换矩阵连接，M个相邻节点的接入用户数据通过(DI,SI)与(DO,SO)链路与此节点相连。
具体地说：
第k级节点的DI输入链路端口与第k-1级节点的SO输出链路端口相连，
第k级节点的DO输出链路端口与第k+1级节点的SI输入链路端口相连，
第k级节点的SI输入链路端口与第k-1级节点的DO输出链路端口相连，
第k级节点的SO输出链路端口与第k+1级节点的DI输入链路端口相连，
双向DO链路与单向SI链路相连接组成环路，单向SO链路与单向DI链路相连接组成环路，形成单出双入双出单入双环交叉连接传输保护架构。
相比于普通环状结构，这样在每级节点输出时都有机会选择下一级节点的不同DI或SI输入端口，可提高选路配置灵活性，并降低内部算法调度复杂度，再可根据节点负载阈值系数Load_k来灵活分配用于传输用户数据的DI链路k比例部分，来实现降低节点丢包率。
实施例四：
如图6所示，以m级节点互联方式为例，智能电网接入分布式自适应节点系统中节点均采用实施例一节点，定义每级节点处于对等地位，实现双向传输环单向交叉网状传输方式。
每级节点拥有M个网络接入通信链路，以此类推，可以进行多级节点网状网扩展。定义从节点发出的信号为上路信号，节点接收的信号为下路信号。节点所接入的M个用户数据流通过密集波分复用(DWDM)技术与头提取单元与MXN光交换矩阵连接，M个相邻节点的接入用户数据通过(DI,SI)与(DO,SO)链路与此节点相连。
具体地说：
第k级节点的DI输入链路端口与第k-1级节点的DO输出链路端口相连，
第k级节点的DO输出链路端口与第k+1级节点的DI输入链路端口相连，
第k级节点的SI输入链路端口与非k-1级节点的SO输出链路端口相连，
第k级节点的SO输出链路端口与非k+1级节点的SI输入链路端口相连，
其中，DO与DI链路相连接组成双向传输环，SO与SI链路交叉连接组成网状连接传输模式，形成双向传输环单向交叉网状传输保护架构。
相比于普通环状结构或网状结构，这样在每级节点输出时都有机会选择不同输出端口，可提高选路配置灵活性，并降低内部算法调度复杂度，减小搜索节点时间并，进行网状快速寻址交互传输，减少传输延时，又能提供环状双向多路备份保护传输，根据节点与网络状态随时切换至相邻空闲节点。并且可根据节点负载阈值系数Load_k来灵活分配用于传输用户数据的DI链路k比例部分，来实现降低节点丢包率。
实施例五：
如图7所示，以m级节点互联方式为例，智能电网接入分布式自适应节点系统中节点均采用实施例一节点，定义每级节点处于对等地位，实现交叉网形树状混合内环保护传输方式。
每级节点架构均一样，拥有M个网络接入通信链路，以此类推，可以进行多级节点树状网扩展。第k级节点至少包括k个节点，k≥2且k为自然数，第m级节点至少包括m个节点，m≥k≥2且m为自然数。定义从节点发出的信号为上路信号，节点接收的信号为下路信号。节点所接入的M个用户数据流通过密集波分复用(DWDM)技术与头提取单元与MXN光交换矩阵连接，M个相邻节点的接入用户数据通过(DI,SI)与(DO,SO)链路与此节点相连。
具体地说：
第k级节点群(节点1，…，节点k)的DO输出链路端口分别与第k+1级节点群(节点1，…，节点k+1)的DI输入链路端口相连(如图7所示)；也可以根据客户需要，选择与下一级级节点群的SI输入链路端口相连(如图8中k级节点群与其下一级s级节点群的连接)；
第k级节点群(节点1，…，节点k)的SO输出链路端口分别与第k+1级节点群(节点1，…，节点k+1)的SI输入链路端口相连(如图7所示)；也可以根据客户需要，选择与下一级节点群的DI输入链路端口相连(如图8中k级节点群与其下一级s级节点群的连接)；
第k级节点群(节点1，…，节点k)的DI输入链路端口分别与第k-1级节点群(节点1，…，节点k-1)的DO输出链路端口相连(如图7所示)，当前节点群也可以根据客户需要，选择与上一级节点群的SO输出链路端口相连(如图8中s级节点群与其上一级k级节点群的连接)；
第k级节点群(节点1，…，节点k)的SI输入链路端口分别与第k-1级节点群(节点1，…，节点k+1)的SO输出链路端口相连(如图7所示)，当前节点群也可以根据客户需要，选择与上一级节点群的DO输出链路端口相连(如图8中s级节点群与其上一级k级节点群的连接)；
第k级节点群(节点1，…，节点k)内部通过SI与SO链路进行互联组成单向传输环，节点1的SO输出链路端口与节点2的SI输出链路端口连接，节点k的输出链路端口与节点1的SI输出链路端口连接。
每级别节点中空闲的DI、SI输入端口用于本地用户数据上路，空闲的DO、SO输出端口用于接收用户数据本地下路。这样DI、DO输入输出端口互连链路主要用于上下级节点交互通信传输，SI、SO输入输出端口互连链路主要用于同级节点交互通信传输及本地用户数据上下路传输。
其中，不同级节点群的DO与DI链路上下级分级连接形成树状架构，并可实现单向、双向上下传输，不同级节点群内部节点上下分级连接时，彼此之间又形成网形连接架构，每级节点群内部的节点之间又通过SO与SI链路形成单向传输环架构，形成交叉网形树状混合内环传输保护架构。
相比于普通环状结构、树状结构或网状结构，可减轻数据传输处理压力，通过分级方式，每级节点群只需要处理上下级两级节点群，无需考虑更高级或更低级别节点群。在每级节点群内部节点之间通过单向传输环，可对上下路、同级数据传输提供冗余保护，根据节点与网络状态随时切换至相邻空闲节点。通过采用DO、DI链路进行交叉双向传输，可提高选路配置灵活性，并降低内部算法调度复杂度，减小搜索节点时间并，进行网状快速寻址交互传输，减少传输延时，可以增大数据传输容量。并且可根据节点负载阈值系数Load_k来灵活分配用于传输用户数据的DI链路k比例部分，来实现降低节点丢包率。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.智能电网接入分布式自适应节点，其特征在于：包括接入节点选择判决模块、若干双向光纤链路，若干单向光纤链路、MXN光交换矩阵、光冲突存储调度单元、控制单元；
所述双向光纤链路包括光解复用器、第一头处理单元、第一MXK光交换矩阵、第二MXK光交换矩阵、第二头处理单元、光复用器，所述光解复用器通过双向接入链路与接入节点选择判决模块连接,光解复用器输出端与第一头处理单元输入端连接，第一头处理单元输出端通过光纤延时线与第一MXK光交换矩阵连接，第一MXK光交换矩阵通过光环形器与MXN光交换矩阵相连，第二MXK光交换矩阵通过光环形器与MXN光交换矩阵相连，第二头处理单元通过光纤延时线与第二MXK光交换矩阵连接，光复用器与第二头处理单元连接，光复用器连接双向输出链路；
所述单向光纤链路包括光解复用器、头处理单元、光复用器，光解复用器通过单向接入链路与接入节点选择判决模块连接，头处理单元通过光纤延时线与MXN光交换矩阵相连，光复用器输入端与MXN光交换矩阵输出端连接，光复用器输出端连接单向输出链路；
控制单元分别与接入节点选择判决模块、双向光纤链路中的各头处理单元以及单向光纤链路中的各头处理单元连接，光冲突存储调度单元的输出输入端均与MXN光交换矩阵连接，MXN光交换矩阵连接下路通道，第二头处理单元连接上路通道；
接入节点选择判决模块用于对于外部节点传递进来的数据流进行预处理操作，读取当前节点负载状态与相邻节点负载状态及全网负载均衡状态，并实时操作当前节点负载状态数据更新写入与广播当前节点负载状态信息至相邻节点，实现对输入数据流进行处理，并依据路由控制信息进行正反向传输调度设置规划；光解复用器用于将多路光信号分解至不同波长信道上，头处理单元用于将数据信号与数据分组头控制信号分离，再将分开的含有数据分组头的多路信号处理后传递到控制单元中；MXK光交换矩阵将选择的数据分组信号传递到MXN光交换矩阵中；MXN光交换矩阵用于控制光域数据分组的竞争冲突解决调度存储，传递处理完毕的数据分组或者接收从DO链路反向传输的数据分组。
2.根据权利要求1所述的智能电网接入分布式自适应节点，其特征在于：所述控制单元包括光电转换器、核心控制算法模块、核心调度算法模块、节点状态与网络状态实时信息库，光电转换器的输出端与核心控制算法模块、节点状态与网络状态实时信息库分别连接，核心控制算法模块的输出端与核心调度算法模块的输入端连接，网络状态实时信息库输出端与核心调度算法模块及核心控制算法模块的输入端同时连接，核心调度算法模块的输出端及核心控制算法模块的输出端与网络状态实时信息库输入端连接；
光电转换器将详细的数据分组头信息传送到核心控制算法模块，通过处理算法产生相应的控制流程，将实时状态信息传递给核心控制算法模块与核心调度算法模块，核心控制算法模块根据节点状态、网络状态、调度算法、控制算法进行综合决策，产生相应的控制调度策略，实施对相应的用户数据进行操作调度；核心调度算法模块将已经更新的节点状态存储于节点状态与网络状态实时信息库中，并通过双向传输链路将信息广播到相邻节点。
3.根据权利要求1所述的智能电网接入分布式自适应节点，其特征在于：所述接入节点选择判决模块在一般状态时，传输用户数据信息优先选择SI链路，传输网络状态信息优先选择DI链路，当节点负载超过阈值系数时，将分配DI链路的部分比例用于传输用户数据信息。
4.根据权利要求3所述的智能电网接入分布式自适应节点，其特征在于：50％＜阈值系数＜1，0＜分配比例＜1。
5.根据权利要求1所述的智能电网接入分布式自适应节点，其特征在于：MXN光交换矩阵、MXK光交换矩阵和光环形器在如下几种情况时组合实现正向逆向数据流双向切换传输：
根据全网实时动态的负载信息及当前ANI模块规划调度信息，当数据无法传送至下一节点时，数据需要反向传输选取其它节点；
当前节点负载出现异常时，需要转移数据至相邻节点来进行负载均衡处理时，启用逆向传输操作；
当前节点输出端口所连接的节点群进行数据逆向传输，而当前节点接收到了逆向传输的数据。
6.根据权利要求5所述的智能电网接入分布式自适应节点，其特征在于：，所述光环形器用于实施双向保护传输。
7.基于智能电网接入分布式自适应节点的系统，采用m级节点互联方式，系统中节点均采用权利要求1～权利要求6中任意一项所述的节点结构，每级节点处于对等地位，第k级节点的双向输入链路端口与k-1级节点的双向输出链路端口连接，双向输出链路端口与k+1级节点的双向输入链路端口连接，单向输入链路端口与k-1级节点的单向输出链路端口连接，单向输出链路端口与k+1级节点的单向输入链路端口连接，k≥2。
8.基于智能电网接入分布式自适应节点的系统，采用m级节点互联方式，系统中节点均采用权利要求1～权利要求6中任意一项所述的节点结构，每级节点处于对等地位，第k级节点的双向输入链路端口与k-1级节点的单向输出链路端口连接，双向输出链路端口与k+1级节点的单向输入链路端口连接，单向输入链路端口与k-1级节点的双向输出链路端口连接，单向输出链路端口与k+1级节点的双向输入链路端口连接，k≥2。
9.基于智能电网接入分布式自适应节点的系统，采用m级节点互联方式，系统中节点均采用权利要求1～权利要求6中任意一项所述的节点结构，每级节点处于对等地位，第k级节点的双向输入链路端口与k-1级节点的双向输出链路端口连接，双向输出链路端口与k+1级节点的双向输入链路端口连接，单向输入链路端口与非k-1级节点的单向输出链路端口连接，单向输出链路端口与非k+1级节点的双向输入链路端口连接，k≥2。
10.基于智能电网接入分布式自适应节点的系统，采用m级节点群互联方式，系统中节点均采用权利要求1～权利要求6中任意一项所述的节点结构，每级节点处于对等地位，第k级节点群至少包括k个节点，k≥2且k为自然数，第k级节点群中各节点的单向/双向输入链路端口与k-1级节点群中所有节点的单向/双向输出链路端口连接，各节点的单向/双向输出链路端口与k+1级节点群中所有节点的单向/双向输入链路端口连接，第k级节点群内各节点间通过SI与SO链路进行互联组成单向传输环，每级别节点中空闲的单向双向输入端口用于本地用户数据上路，空闲的单向双向输出端口用于接收用户数据本地下路。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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