CN109274425B - 一种智能跳纤系统的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩阵光开关及智能跳纤系统的设计方法，通过组建矩阵式的关开关，每个光开关单元有单独的驱动电路进行驱动开启，方便给予驱动单元矩阵式的控制信号对不同光开关单元进行控制；通过控制信号经过编码后接入MCU并添加以太网模块分别接入综合数据网和通信以太网，这样就能最大化的保证中心机房对智能光矩阵的可控性，在中心机房设有一个双网卡的跳纤服务器，分别接入综合数据网和通信以太网；这样任何一台内网电脑都可以远程登陆到跳纤服务器对辖区内所有在控的光矩阵进行控制；这就大大降低了光缆维护成本、且缩短了业务中断时间。

Description

一种智能跳纤系统的设计方法

技术领域

本发明涉及一种木工工具，具体涉及一种矩阵光开关及智能跳纤系统。

背景技术

光缆是目前电力通信的核心信道，分别承载着信息、通信、调度数据网、保护(重要)、安控等业务，而通信业务常常为调度自动化提供101和104通道。通信光缆容易受到施工、鸟枪、小动物、电腐蚀、故意破环等威胁。总结分析某供电公司光缆故障经验发现，故障光缆通常不会完全中断，一般是部分纤芯被损坏或衰耗过大，但还有大量纤芯连通良好；由于电力通信系统通常存在大量空闲纤芯，所以通常可以将故障纤芯上的业务跳转到未受影响的空闲纤芯上。处理这种问题的方法目前主要有两种：

(1)传统式人工解决方案，处理流程一般是：发现光缆中断故障、通知人员并作好准备工作、两队人员分别去故障光缆中断的两个终端站、测试发现只是部分纤芯衰耗过大或部分纤芯终断、跳纤。可以看到过程较繁琐，严重拖长了业务的恢复时间；需要两队人员分别去现场，有时甚至需要徒步进入偏远站点，一般还需要一队人员在控制中心配合工作，这与公司“降本、提质、增效”的精神相驳。纯粹采用传统的人工现场处理方式，由于电力行业特殊的特殊性——需要与各个部门协商，办理相关手续，路程上耽误的时间等使得这种传统的处理方式下，业务恢复时间过长。

(2)增加SDH板卡方案，从理论上讲可以将所有纤芯都先接入到SDH，然后通过SDH分配各纤芯业务，甚至可以在同一纤芯上分配多个业务(电力通信带宽一般较低)，这样除非光缆完全中断(这种状况不多)，否则都能在控制中心快速自动恢复通道。但这种跳纤方式需要大量增加SDH光板，成本过高；占用大量交叉板资源的同时又只进行简单的空间交叉，最终导致功能过剩。同时一旦DCC通道中断、则只能采取一些已有的传输通道保护协议不能通过控制中心进行灵活的网络自定义。由于所有纤芯都需要经过SDH进行分配。对于运营商而言、一方面由于其网络冗余度高；另一方面，其安全性考虑相对较低、对于业务中断造成的影响也相对不高，所以其对远程跳纤需求相对较低。

如果采用传统人工处理方式，单次处理成本相对较高；而若采用增加SDH板卡的方法，则一次性购入成本太高

发明内容

本发明所要解决采用传统的人工现场处理方式业务恢复时间过长，以及采用增加SDH板卡的方法运维成本高的问题，为解决这样的问题提供一种矩阵光开关及智能跳纤系统。

本发明通过下述技术方案实现：

一种矩阵光开关，包括有n路输入线路、n路输出线路以及n²个光开关单元，n为大于1 的自然数；每路输入线路都并联有n个光开关单元，每个光开关单元连接有独立的驱动单元；每路输入线路所并联的第一个光开关单元都连接至第一路输出线路，每路输入线路所并联的第二个光开关单元都连接至第二路输出线路，每路输入线路所并联的第n个光开关单元都连接至第n路输出线路；所述输入线路横向排列。通过组建矩阵式的关开关，每个光开关单元有单独的驱动电路进行驱动开启，方便给予驱动单元矩阵式的控制信号对不同光开关单元进行控制。

进一步的，光开关单元采用的是反射式光开关。

一种智能跳纤系统的设计方法，将站点所有进站光缆都接入光纤配线架输入端，然后从输出端分别分出不同业务的信息路线，分配时随机分配不同业务的纤芯，将矩阵光开关控制信号经过编码后接入MCU，由MCU将光矩阵控制信号作用于所述的一种矩阵光开关的驱动单元，从而进行矩阵光开关的通断控制；所述MCU设置有以太网模块；将MCU接入信息内网和通信以太网；在中心机房设置跳纤主服务器，将跳纤主服务器接入所述信息内网和通信以太网，通过信息内网和通信以太网与MCU进行信号传输；内网电脑通过信息内网或通信以太网远程登陆到跳纤主服务器，从而对辖区内所有在控的矩阵光开关进行控制。通过控制信号经过编码后接入MCU并添加以太网模块分别接入综合数据网和通信以太网，这样就能最大化的保证中心机房对智能光矩阵的可控性，在中心机房设有一个双网卡的跳纤服务器，分别接入综合数据网和通信以太网；这样任何一台内网电脑都可以远程登陆到跳纤服务器对辖区内所有在控的光矩阵进行控制；这就大大降低了光缆维护成本、且缩短了业务中断时间。

进一步的，将所述跳纤主服务器通过VPN接入信息内网，并将允许访问该服务器的主机 mac地址设置为白名单。由于将智能光矩阵和跳纤服务器同时接入了信息内网，通信以太网，并通过办公电脑控制连接服务器；这就增加了整个跳纤维系统的信息安全风险，进而增加了整个通信网络的风险，通过VPN加与mac地址认证，采用访问控制的方式使得系统信息更加安全。

进一步的，跳纤主服务器控制远程矩阵光开关时，当两站点通信以太网未断时禁止通过信息内网对矩阵的控制；当两站点通信以太网中断且信息内网可用时，设两站点为A站和B 站，A站矩阵光开关仍然由通信以太网控制，当A站和B站矩阵光开关检测到它门之间的通信通道中断后，打开各自的信息内网通道，跳纤主服务器对B站的控制命令则先通过通信通道传输至A站光矩阵并附上A、B间的串码再通过信息内网传至B站；A、B间的串码在通信通道正常时，随时动态调整，且并不上传至跳纤主服务器；采用访问控制的方式解决信息安全问题，保证服务器、矩阵光开关的访问权限。

进一步的，矩阵光开关控制信号经过编码芯片编码后接入MCU，控制信号为1时光开关驱动通电流，为0时表示开关驱动不通电流，则控制矩阵C是一个单位正交矩阵；矩阵光开关的初始状态矩阵为S，设置初始状态矩阵S为单位矩阵，目标矩阵为控制矩阵与初始状态矩阵的异或即：

因此控制矩阵为目标矩阵对角线取逻辑反后的矩阵。将所有的控制信号经过编码芯片编码后接入处理器，便可任意变换输入、输出的映射关系。假设控制信号为1时光开关驱动通电流，为0时表示开关驱动不通电流，可以看出控制矩阵C必须是一个单位正交矩阵，不考虑编码器作用，对每个开关电源控制信号组按开关位置组成的二维数值。远程跳纤系统智能光配在普通光配的基础上增加了一定的复杂度，也就意味着增加了安全隐患，如：驱动电路可能掉负荷，输入和输出将完全断开，造成所有业务中断；设矩阵光开关的初始状态矩阵S，设开关单元在驱动电路无电流时，处于断开状态则用数值0表示，若开关单元处于连通状态则用数值1表示，目标矩阵O为控制矩阵与初始状态矩阵的异或即：

由于智能光纤配线架复杂度更高，其出故障的概率更高，尤其当控制信号丢失或者驱动电路掉负荷时，矩阵结构的矩阵光开关内光开关单元全部采用常开状态，则可能造成光缆在光配处完全中断；又因为输入与输出纤芯只能一一对应，即状态矩阵和目标矩阵必须是正交单位矩阵；基于上述两点原因，我们让开关矩阵正对角线上的开关处于常闭状态，其他开关处于常开状态，即初始状态矩阵为单位矩阵；利用异或的可逆性知：控制矩阵为目标矩阵对角线取逻辑反后的矩阵。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过组建矩阵式的关开关，每个光开关单元有单独的驱动电路进行驱动开启，方便给予驱动单元矩阵式的控制信号对不同光开关单元进行控制；通过控制信号经过编码后接入MCU并添加以太网模块分别接入综合数据网和通信以太网，这样就能最大化的保证中心机房对智能光矩阵的可控性，在中心机房设有一个双网卡的跳纤服务器，分别接入综合数据网和通信以太网；这样任何一台内网电脑都可以远程登陆到跳纤服务器对辖区内所有在控的光矩阵进行控制；这就大大降低了光缆维护成本、且缩短了业务中断时间；

2、本发明通过VPN加与mac地址认证，采用访问控制的方式使得系统信息更加安全；

3、本发明通过设置初始状态矩阵为单位矩阵；利用异或的可逆性知：控制矩阵为目标矩阵对角线取逻辑反后的矩阵；使开关矩阵正对角线上的开关处于常闭状态，其他开关处于常开状态，避免驱动电路掉负荷，输入和输出将完全断开，造成所有业务中断的情况。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明3*3的矩阵光开关示意图。

图2为本发明单路光开关单元电路控制示意图。

图3为本发明跳纤系统组网方案示意图。

图4为本发明跳纤系统光缆中断分析示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-输入线路，2-输出线路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1、图2所示，本发明一种矩阵光开关，包括有n路输入线路1、n路输出线路2以及n²个光开关单元，n为大于1的自然数；每路输入线路都并联有n个光开关单元，每个光开关单元连接有独立的驱动单元；每路输入线路所并联的第一个光开关单元都连接至第一路输出线路，每路输入线路所并联的第二个光开关单元都连接至第二路输出线路，每路输入线路所并联的第n个光开关单元都连接至第n路输出线路；所述输入线路横向排列。实施时，光开关单元采用的是反射式光开关。光开关单元一般情况下几乎不会发生状态的切换，所以如何保证驱动电流的状态非常重要，可以在驱动电路里面增加保持功能而不靠控制信号来保持状态，提高安全性。

如图3所示，一种智能跳纤系统的设计方法，将站点所有进站光缆都接入光纤配线架输入端，然后从输出端分别分出不同业务的信息路线，分配时随机分配不同业务的纤芯，将矩阵光开关控制信号经过编码后接入MCU，由MCU将光矩阵控制信号作用于所述的一种矩阵光开关的驱动单元，从而进行矩阵光开关的通断控制；所述MCU设置有以太网模块；将MCU接入信息内网和通信以太网；在中心机房设置跳纤主服务器，将跳纤主服务器接入所述信息内网和通信以太网，通过信息内网和通信以太网与MCU进行信号传输；内网电脑通过信息内网或通信以太网远程登陆到跳纤主服务器，从而对辖区内所有在控的矩阵光开关进行控制。实时时，将所述跳纤主服务器通过VPN接入信息内网，并将允许访问该服务器的主机mac地址设置为白名单。跳纤主服务器控制远程矩阵光开关时，当两站点通信以太网未断时禁止通过信息内网对矩阵的控制；当两站点通信以太网中断且信息内网可用时，设两站点为A站和B站，A站矩阵光开关仍然由通信以太网控制，当A站和B站矩阵光开关检测到它门之间的通信通道中断后，打开各自的信息内网通道，跳纤主服务器对B站的控制命令则先通过通信通道传输至A站光矩阵并附上A、B间的串码再通过信息内网传至B站；A、B间的串码在通信通道正常时，随时动态调整，且并不上传至跳纤主服务器；由于将智能光矩阵和跳纤服务器同时接入了信息内网，通信以太网，并通过办公电脑控制连接服务器；这就增加了整个跳纤维系统的信息安全风险，进而增加了整个通信网络的风险；采用访问控制的方式解决信息安全问题。矩阵光开关控制信号经过编码芯片编码后接入MCU，控制信号为1时光开关驱动通电流，为0时表示开关驱动不通电流，则控制矩阵C是一个单位正交矩阵；矩阵光开关的初始状态矩阵为S，设置初始状态矩阵S为单位矩阵，目标矩阵为控制矩阵与初始状态矩阵的异或即：

因此控制矩阵为目标矩阵对角线取逻辑反后的矩阵。

智能光矩阵与传统人工跳纤平均时间比较：

如图4所示，假设没有无线专网控制光矩阵的情况，设A站和B站间光缆中断，我们分别计算传统处理方式和基于光矩阵的处理方式的平均恢复时间。设中心站与A站间距离为L1 千米，A站与B站间距离为L2，汽车平均速度为S；当接到省调或地掉通知后、确认故障、办理手续、申请车辆等的总时间为；t₀在一个变电站完成一次跳纤操作的平均时间为t₁；光缆完全中断时，完成一次接续的时间为t₂假设光缆中断时，光缆完全中断的概率为：p₁则非完全中断的概率为：1-p₁＝p₂。完全中断时中断位置假设为均匀分布即在X(0<X<12)处中断的概率为1/L₂。则传统处理方式的平均时间为：

光缆发生部分断芯时,设通信通道纤芯和信息通道纤芯随机分配，纤芯数为n，则信息通信通道同时中断的概率为：

则光矩阵可控的概率为：

则采用远程跳纤技术的平均时间长度为：

其中t₃为中心站从确认光缆中断到完成远程跳纤的平均时间。现在当p₁＝1时T₁＝T₂。

以某供电公司实际为例，若p₁＝4，n＝24，t₀＝60min，t₁＝15min，t₂＝40min，t₃＝15min， L₁＝100km，L₂＝15km，S＝70km/60min

则：T₁＝192min，T₂＝77.6min；显然T₁远远大于T₂，说明基于光矩阵的远程跳纤系统相对于传统人工方式，光缆平均恢复时间更短。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种智能跳纤系统的设计方法，其特征在于，将站点所有进站光缆都接入光纤配线架输入端，然后从输出端分别分出不同业务的信息路线，分配时随机分配不同业务的纤芯，将矩阵光开关控制信号经过编码后接入MCU，由MCU将光矩阵控制信号作用于一种矩阵光开关的驱动单元，从而进行矩阵光开关的通断控制；所述MCU设置有以太网模块；将MCU接入信息内网和通信以太网；在中心机房设置跳纤主服务器，将跳纤主服务器接入所述信息内网和通信以太网，通过信息内网和通信以太网与MCU进行信号传输；内网电脑通过信息内网或通信以太网远程登陆到跳纤主服务器，从而对辖区内所有在控的矩阵光开关进行控制；

所述的一种矩阵光开关包括有n路输入线路、n路输出线路以及n²个光开关单元，n为大于1的自然数；每路输入线路都并联有n个光开关单元，每个光开关单元连接有独立的驱动单元；每路输入线路所并联的第一个光开关单元都连接至第一路输出线路，每路输入线路所并联的第二个光开关单元都连接至第二路输出线路，每路输入线路所并联的第n个光开关单元都连接至第n路输出线路；所述输入线路横向排列；

所述跳纤主服务器控制远程矩阵光开关时，当两站点通信以太网未断时禁止通过信息内网对矩阵的控制；当两站点通信以太网中断且信息内网可用时，设两站点为A站和B站，A站矩阵光开关仍然由通信以太网控制，当A站和B站矩阵光开关检测到它门之间的通信通道中断后，打开各自的信息内网通道，跳纤主服务器对B站的控制命令则先通过通信通道传输至A站光矩阵并附上A、B间的串码再通过信息内网传至B站；A、B间的串码在通信通道正常时，随时动态调整，且并不上传至跳纤主服务器；

所述矩阵光开关控制信号经过编码芯片编码后接入MCU，控制信号为1时光开关驱动通电流，为0时表示开关驱动不通电流，则控制矩阵C是一个单位正交矩阵；矩阵光开关的初始状态矩阵为S，设置初始状态矩阵S为单位矩阵，目标矩阵为控制矩阵与初始状态矩阵的异或即：

因此控制矩阵为目标矩阵对角线取逻辑反后的矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种智能跳纤系统的设计方法，其特征在于，将所述跳纤主服务器通过VPN接入信息内网，并将允许访问该服务器的主机mac地址设置为白名单。

3.根据权利要求1所述的一种智能跳纤系统的设计方法，其特征在于，所述光开关单元采用的是反射式光开关。

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