CN111562461A - 通信线缆的监测装置、方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通信线缆的监测装置、方法及系统，所述监测装置包括CPLD、FPGA、射频模块、存储模块和电源模块，所述CPLD与所述电源模块连接以控制电源模块对所述FPGA、射频模块和存储模块的供电，所述CPLD分别与所述FPGA、所述射频模块和所述存储介质连接，所述FPGA与所述射频模块和存储介质连接。同时，本发明还提供了通信线缆的监测方法及系统。通过本发明提供的技术方案，解决因监测装置本身发生故障引起的通信线缆盲区及误报问题，确保在监测装置故障时的通信系统的稳定运行，提升通信线缆监测的完备性和稳定性，同时，无须增加布设冗余线路和冗余监测装置，节省了成本，减轻运维工作量。
Description
技术领域
本发明涉及通信线缆监测技术领域，尤其涉及一种通信线缆的监测装置、方法及系统。
背景技术
目前通信线缆，例如布设于城市轨道交通隧道内的漏缆，因其本身是一种无源器件，无法通过网关获取其工作状态，一旦发生故障往往是等到通信中断且其他有源通信器件均无异常时才能确定是漏缆或其接头/跳线发生故障，这样一来会严重影响正常的通信，乃至威胁到整个交通系统的安全稳定运行。排查漏缆故障需要等到列车停运后由运维人员进入隧道内人工排查，再加上隧道区间往往长达1公里甚至数公里，人力排查故障需要大量的时间，在这期间列车只能停运或带故障低速运行，会严重影响运力，带来恶劣的经济损失与社会影响。
现有技术中，通信线缆在线监测系统的监测装置，也称监测单元，随漏缆布设在通信线缆沿线，按照预设时间周期与发射频率检测漏缆工作状态，一旦检测到故障点，发送故障报警的同时计算故障位置。但是监测装置本身也存在故障可能性，一旦监测装置本身发生故障，无法正常检测通信线缆故障，将形成盲区，使得通信线缆再次需要人力排查；此外，如果故障导致误报，由此带来的紧急处置措施(如急刹车)将会给运维和乘客带来不必要的损失甚至人身伤害，造成经济损失与恶劣的社会影响。
为了避免监测装置发生故障造成监测问题，现有技术的另一种解决方案是通过布设冗余线路和冗余监测装置的方案，当其中某一监测装置发生问题时，通过冗余线路和冗余的监测装置进行备份，冗余的线路和冗余的监测装置在正常时处于空置状态。平时空置的冗余线路和冗余设备带来额外的成本，也会对日常运维带来沉重的压力，同时，在原有的线路基础上再加上冗余线路的通信线缆，尤其是隧道内的空间有限，无法增加或工程量较大。
发明内容
本发明主要目的是提供一种通信线缆的监测装置、方法及系统，旨在解决因监测装置本身发生故障引起的通信线缆盲区及误报问题，提升通信线缆监测的完备性和稳定性，同时节省成本，减轻运维工作量。
为实现上述目的，本发明提供一种通信线缆的监测装置，所述监测装置包括复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、射频模块、存储模块和电源模块，所述CPLD与所述电源模块连接，所述CPLD分别与所述FPGA、所述射频模块和所述存储介质连接，所述FPGA与所述射频模块和存储介质连接；所述CPLD用于对所述监测装置进行自检并控制电源模块对所述FPGA、射频模块和存储模块的供电，并用于在监测到所述监测装置发生故障时发送告警信号；所述射频模块用于发送射频信号和接收回波信号完成对通信线缆的监测；所述FPGA用于对射频模块进行控制，并用于对所述射频信号和回波信号的数据进行处理；所述存储模块用于存储配置文件，当所述FPGA重启时，所述FPGA读取所述存储模块的配置文件进行配置。
优选地，所述CPLD包括所述监测装置的自检程序，所述自检程序用于检测和监控所述监测装置的CPLD、FPGA、射频模块和存储模块的工作状态。
优选地，所述FPGA包括处理芯片和配置芯片，所述处理芯片用于计算射频信号数据和回波信号数据以实现对通信线缆的监测，所述配置芯片用于在所述FPGA加电后实现对其进行重新配置。
优选地，所述射频模块包括第一射频接口和第二射频接口，所述第一射频接口用于接入监测的通信线缆的第一线向方向，所述第二射频接口用于接入与所述第一线向方向相反的第二线向方向。
优选地，所述射频模块通过所述第一射频接口和第二射频接口向监测的通信线缆的线向方向发送射频信号，并接收回波信号。
优选地，所述存储介质用于存储所述监测装置的配置数据和计算数据，所述计算数据包括射频信号数据和回波信号数据。
同时，本发明提供一种通信线缆的监测方法，应用于上述的通信线缆的监测装置，所述方法包括：
步骤S10：CPLD在电源模块上电时启动自检；
步骤S20：判断自检是否成功，当判断自检成功时执行步骤S30；否则执行步骤S70；
步骤S30：所述CPLD控制输出电源至FPGA、射频模块和存储介质，以启动所述FPGA、射频模块和存储介质；
步骤S40：读取存储介质中配置文件，并使用所述配置文件对所述FPGA进行配置；
步骤S50：接收监测平台发送的控制信号以确定所述射频模块的工作频率、射频周期以及工作模式；所述工作模式包括正常工作模式和故障工作模式，当射频模块在所述正常工作模式时在第一线向方向发送射频信号和接收回波信号，当射频模块在所述故障工作模式时在第一线向方向和第二线向方向发送射频信号和接收回波信号；
步骤S60：对所述射频信号数据和回波信号数据进行处理以得到所监测的通信线缆的状态数据，并将所述通信线缆的状态数据发送至监测平台；
步骤S70：产生设备故障告警信号并上报至监测平台，同时自动重启以排除故障；
步骤S80：当所述监测平台收到所述告警信号时，所述监测平台发送控制信号给相邻的监测装置以调整其工作模式。
进一步地，所述步骤S80包括：
步骤S810：所述监测平台接收所述告警信号；
步骤S820：所述监测平台根据收到的所述告警信号发送控制信号给产生故障的所述监测装置相邻的监测装置；所述相邻的监测装置为所述故障的监测装置监测的线向方向的相邻的监测装置；
步骤S830：所述相邻的监测装置收到所述控制信号后将其工作模式切换为故障工作模式。
此外，本发明提供一种通信线缆的监测系统，应用上述的通信线缆的监测方法，所述监测系统包括多个监测装置和监测平台，所述多个监测装置通过通信传输网络与所述监测平台连接，所述监测平台用于对所述多个监测装置进行控制管理并用于接收告警信号，所述多个监测装置用于对所要监测的通信线缆进行分段监测。
本发明提供的通信线缆的监测装置、方法及系统，通过所述监测装置的自动恢复及通信线缆监测的自动切换，当监测装置发生故障时，能够继续对监测区内的通信线缆进行监测，解决因监测装置本身发生故障引起的通信线缆盲区及误报问题，确保在监测装置故障时的通信系统的稳定运行，提升通信线缆监测的完备性和稳定性，同时，无须增加布设冗余线路和冗余监测装置，节省了成本，减轻运维工作量。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的通信线缆的监测装置的内部结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的通信线缆的监测方法的流程示意图；
图3为图2中的步骤S30的流程示意图；
图4为本发明一实施例提供的通信线缆的监测系统的网络示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种通信线缆的监测装置1，所述监测装置1包括CPLD10、FPGA20、射频模块30、存储模块40和电源模块50，所述CPLD10与所述电源模块50连接，所述CPLD10分别与所述FPGA20、所述射频模块30和所述存储介质40连接，所述FPGA20与所述射频模块30和存储介质40连接。所述CPLD10用于监控所述监测装置1的设备状态，所述CPLD10用于对所述监测装置1进行自检并控制电源模块50对所述FPGA20、射频模块30和存储模块40的供电，并用于在监测到所述监测装置1发生故障时发送告警信号；所述射频模块30用于发送射频信号和接收回波信号完成对通信线缆的监测；所述FPGA20用于对射频模块30进行控制，并用于对所述射频信号和回波信号的数据进行处理；所述存储模块40用于存储配置文件，当所述FPGA20重启时，所述FPGA20读取所述存储模块40的配置文件进行配置。所述CPLD10包括所述监测装置1的自检程序，所述自检程序用于检测和监控所述监测装置1的CPLD10、FPGA20、射频模块30和存储模块40的工作状态。所述FPGA20包括处理芯片和配置芯片，所述处理芯片用于计算射频信号数据和回波信号数据以实现对通信线缆的监测，所述配置芯片用于在所述FPGA20加电后实现对其进行重新配置。具体地，所述CPLD10在写入程序后保存运行的程序和配置，在断电后能够执行上一次的程序和配置。所述FPGA20不能保存配置数据，在断电后所述FPGA20就会失去所有配置。因此，在通电后所述FPGA20需要重新进行配置以恢复其功能。
所述射频模块30包括第一射频接口和第二射频接口，所述第一射频接口用于接入监测的通信线缆的第一线向方向，所述第二射频接口用于接入与所述第一线向方向相反的第二线向方向。所述射频模块30通过所述第一射频接口和第二射频接口向监测的通信线缆的线向方向发送射频信号，并接收回波信号。所述监测装置1通过射频接口发送射频信号和接收回波信号，实现对通信线缆的检测。
所述存储介质40用于存储所述监测装置1的配置数据和计算数据，所述计算数据包括射频信号数据和回波信号数据。
请参阅图2，本发明提供一种通信线缆的监测方法，应用于上述的通信线缆的监测装置，所述方法包括：
步骤S10：CPLD在电源模块上电时启动自检；由于所述CPLD保存上一次的执行程序和配置，在CPLD通电后，能够马上执行自检程序。
步骤S20：判断自检是否成功，当判断自检成功时执行步骤S30；否则执行步骤S70；自检成功则表示所述装置正常，自检失败则表示设备出现故障。
步骤S30：所述CPLD控制输出电源至FPGA、射频模块和存储介质，以启动所述FPGA、射频模块和存储介质；只有当自检完成确保所述装置正常后，所述CPLD才会打开对所述FPGA、射频模块、存储介质的电源输出，这样可以确保各模块的正常启动。
步骤S40：读取存储介质中的配置文件，并使用所述配置文件对所述FPGA进行配置。
步骤S50：接收监测平台发送的控制信号以确定所述射频模块的工作频率、射频周期以及工作模式；所述工作模式包括正常工作模式和故障工作模式，当射频模块在所述正常工作模式时在第一线向方向发送射频信号和接收回波信号，当射频模块在所述故障工作模式时在第一线向方向和第二线向方向发送射频信号和接收回波信号。
步骤S60：对所述射频信号数据和回波信号数据进行处理以得到所监测的通信线缆的状态数据，并将所述通信线缆的状态数据发送至监测平台。
步骤S70：产生设备故障告警信号并上报至监测平台，同时自动重启以排除故障。
步骤S80：当所述监测平台收到所述告警信号时，所述监测平台发送控制信号给相邻的监测装置以调整其工作模式。
请参阅图3，所述步骤S80包括：
步骤S810：所述监测平台接收所述告警信号；
步骤S820：所述监测平台根据收到的所述告警信号发送控制信号给产生故障的所述监测装置相邻的监测装置；所述相邻的监测装置为所述故障的监测装置监测的线向方向的相邻的监测装置；
步骤S830：所述相邻的监测装置收到所述控制信号后将其工作模式切换为故障工作模式。
请参阅图4，本发明提供一种通信线缆的监测系统，应用上述的通信线缆的监测方法。所述监测系统包括多个监测装置和监测平台，所述多个监测装置通过通信传输网络与所述监测平台连接，所述监测平台用于对所述多个监测装置进行控制管理并用于接收告警信号，所述多个监测装置用于对所要监测的通信线缆进行分段监测。
具体地，在一实施例的对通信线缆100的监测中，所述多个监测装置包括第一监测装置1、第二监测装置2和第三监测装置3，所述第一监测装置1、第二监测装置2和第三监测装置3通过网络200与所述监测平台300连接，所述网络200可以是通信传输的光纤网络、正常监测数据传输的光纤网络、无线网络或其他通信网络，在此不作限定。具体在一实施例中，将所述监测装置使用光纤网络实现与监测平台300的通信，部署时，使用一分二分光器，在原有的光纤网络中部署监测设备，不需要额外增加新的网络布线和连接。所述第一监测装置1、第二监测装置2和第三监测装置3分段对通信线缆100进行监测，具体在本实施例中，将通信线缆100分为第一线段101、第二线段102、第三线段103和第四线段104，根据监测装置中射频接口的设置，如发送射频信号的强度、频率和周期确定所监测通信线缆线段的长度。根据所要监测的通信线缆的长度和监测装置射频接口的设置，分别在所监测的通信线缆沿途上部署多个监测装置，实现对所述通信线缆的无盲区监测。具体在本实施例中，每一监测装置均包括第一射频接口和第二射频接口，第一射频接口监测通信线缆的第一线向方向，第二射频接口监测通信线缆的第二线向方向，所述第一线向方向与第二线向方向为相互相反的方向。具体地，第一监测装置1的射频模块包括第一射频接口11和第二射频接口12，第一射频接口11监测第一线向方向，第二射频接口12监测第二线向方向，同样的，第二监测装置2的射频模块包括第一射频接口21和第二射频接口22，第一射频接口21监测第一线向方向，第二射频接口12监测第二线向方向，第三监测装置3的射频模块包括第一射频接口31和第二射频接口32，第一射频接口31监测第一线向方向，第二射频接口32监测第二线向方向。
当通信线缆正常时，为了避免相邻的监测装置的干扰，通过监测平台300的统一管理和设置，第一监测装置1、第二监测装置2和第三监测装置3均设置为正常工作模式，即均向第一线向方向或者均向第二线向方向发送射频信号和接收回波信号。当第二监测装置2发生故障时，第二监测装置2的CPLD会向监测平台300发送设备故障的告警信号，监测平台300在收到所述告警信号后，在监测平台的显示界面会显示所述告警，同时向相邻的监测装置发送控制信号，例如在本实施例中，正常情况下，每一监测装置均向第一线向方向发送射频信号和接收回波信号，即第一监测装置1监测第一线段101，第二监测装置2监测第二线段102，第三监测装置3监测第三线段103，依次类推。当第二监测装置2发生故障时，监测平台向相邻的第一监测装置1发送控制信号，第一监测装置1在收到控制信号后调整其工作模式为故障工作模式，即第一监测装置1在第一线向方向和第二线向方向都发送射频信号和接收回波信号，这时，第一监测装置1同时负责对第一线段101和第二线段102的监测。第三监测装置3仍监测第三线段103，确保了整条通信线缆100的无盲区监测。当第二监测装置2的故障恢复后，监测平台发送控制信号给第一监测装置1，使其恢复正常工作模式。
本发明提供的通信线缆的监测装置、方法及系统，通过所述监测装置的自动恢复及通信线缆监测的自动切换，当监测装置发生故障时，能够继续对监测区内的通信线缆进行监测，解决因监测装置本身发生故障引起的通信线缆盲区及误报问题，确保在监测装置故障时的通信系统的稳定运行，提升通信线缆监测的完备性和稳定性。同时，无须增加布设冗余线路和冗余监测设备，节省成本，减轻日常运维工作量。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种通信线缆的监测装置，其特征在于，所述监测装置包括复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)、射频模块、存储模块和电源模块，所述CPLD与所述电源模块连接，所述CPLD分别与所述FPGA、所述射频模块和所述存储介质连接，所述FPGA与所述射频模块和存储介质连接；所述CPLD用于对所述监测装置进行自检并控制电源模块对所述FPGA、射频模块和存储模块的供电，并用于在监测到所述监测装置发生故障时发送告警信号；所述射频模块用于发送射频信号和接收回波信号完成对通信线缆的监测；所述FPGA用于对射频模块进行控制，并用于对所述射频信号和回波信号的数据进行处理；所述存储模块用于存储配置文件，当所述FPGA重启时，所述FPGA读取所述存储模块的配置文件进行配置。
2.根据权利要求1所述的通信线缆的监测装置，其特征在于，所述CPLD包括所述监测装置的自检程序，所述自检程序用于检测和监控所述监测装置的CPLD、FPGA、射频模块和存储模块的工作状态。
3.根据权利要求1所述的通信线缆的监测装置，其特征在于，所述FPGA包括处理芯片和配置芯片，所述处理芯片用于计算射频信号数据和回波信号数据以实现对通信线缆的监测，所述配置芯片用于在所述FPGA加电后实现对其进行重新配置。
4.根据权利要求1所述的通信线缆的监测装置，其特征在于，所述射频模块包括第一射频接口和第二射频接口，所述第一射频接口用于接入监测的通信线缆的第一线向方向，所述第二射频接口用于接入与所述第一线向方向相反的第二线向方向。
5.根据权利要求1或4所述的通信线缆的监测装置，其特征在于，所述射频模块通过所述第一射频接口和第二射频接口向监测的通信线缆的线向方向发送射频信号，并接收回波信号。
6.根据权利要求1所述的通信线缆的监测装置，其特征在于，所述存储介质用于存储所述监测装置的配置数据和计算数据，所述计算数据包括射频信号数据和回波信号数据。
7.一种通信线缆的监测方法，应用于权利要求1至6任一项所述的通信线缆的监测装置，其特征在于，包括：
步骤S10：CPLD在电源模块上电时启动自检；
步骤S20：判断自检是否成功，当判断自检成功时执行步骤S30；否则执行步骤S70；
步骤S30：所述CPLD控制输出电源至FPGA、射频模块和存储介质，以启动所述FPGA、射频模块和存储介质；
步骤S40：读取存储介质中配置文件，并使用所述配置文件对所述FPGA进行配置；
步骤S50：接收监测平台发送的控制信号以确定所述射频模块的工作频率、射频周期以及工作模式；所述工作模式包括正常工作模式和故障工作模式，当射频模块在所述正常工作模式时在第一线向方向发送射频信号和接收回波信号，当射频模块在所述故障工作模式时在第一线向方向和第二线向方向发送射频信号和接收回波信号；
步骤S60：对所述射频信号数据和回波信号数据进行处理以得到所监测的通信线缆的状态数据，并将所述通信线缆的状态数据发送至监测平台；
步骤S70：产生设备故障告警信号并上报至监测平台，同时自动重启以排除故障；
步骤S80：当所述监测平台收到所述告警信号时，所述监测平台发送控制信号给相邻的监测装置以调整其工作模式。
8.根据权利要求7所述的通信线缆的监测方法，其特征在于，所述步骤S80包括：
步骤S810：所述监测平台接收所述告警信号；
步骤S820：所述监测平台根据收到的所述告警信号发送控制信号给产生故障的所述监测装置相邻的监测装置；所述相邻的监测装置为所述故障的监测装置监测的线向方向的相邻的监测装置；
步骤S830：所述相邻的监测装置收到所述控制信号后将其工作模式切换为故障工作模式。
9.一种通信线缆的监测系统，应用权利要求7或8所述的通信线缆的监测方法，其特征在于，所述通信线缆的监测系统包括多个监测装置和监测平台，所述多个监测装置通过通信传输网络与所述监测平台连接，所述监测平台用于对所述多个监测装置进行控制管理并用于接收告警信号，所述多个监测装置用于对所要监测的通信线缆进行分段监测。
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