CN112383351A - 一种快速识别复用通道故障区间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速识别复用通道故障区间的方法。为了克服现有技术无法快速确定复用通道的故障区间的问题；本发明包括以下步骤：S1：完成复用光纤通道通信结构中各装置的连接；S2：数字复接装置根据接收到的报文信息的有效性生成状态戳插入到发送给后一级的报文信息中；S3：检测接收到的报文信号的状态，分别修改发送给后一级的报文信息中的第一通道状态帧和第二通道状态帧；S4：保护装置读取最终获得的报文信息中的状态戳、第一通道状态帧和第二通道状态帧，综合判断复用光纤通道的故障区域和故障状态。根据状态戳、第一通道状态帧和第二通道状态帧快速定位复用通道的故障区域以及快速确定故障状态，提高故障查询的效率。

Description

一种快速识别复用通道故障区间的方法

技术领域

本发明涉及一种光纤通道故障诊断领域，尤其涉及一种快速识别复用通道故障区间的方法。

背景技术

光纤通信已在电力系统中广泛应用，光纤通信不仅具有抗电磁干扰、带宽大、传输距离远等优势，而且可传输状态量、模拟量转换而成的数字量，为线路纵联保护、稳控保护、信号传输装置的可靠运行提供了有利手段。

光纤通信的稳定性是保证两侧保护装置性能的关键因素，但对复用通道的异常检测在变电站运维中一直是一个难点。光纤通道告警是微机保护最常见的故障，每年均会发生。对于故障现象稳定存在的通道告警，采用自环法可以对故障进行分析、定位，但费时费力；同时对于经常发生的瞬时告警瞬时复归、反复发生的情况，由于故障现象难以捕捉，给故障处理带来很大不便。

例如，一种在中国专利文献上公开的“光纤传感与波分复用技术的长距离行波故障定位监测装置”，其公告号CN207067315U，包括主端故障行波监测装置和从端故障行波监测装置，主端故障行波监测装置与从端故障行波监测装置通过OPGW光纤连接。该装置无法快速确定复用通道的故障区间。

发明内容

本发明主要解决现有技术无法快速确定复用通道的故障区间的问题；提供一种快速识别复用通道故障区间的方法，通过在线监测光口、电口的状态，综合判断复用通道的故障区间，判断速度快。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括以下步骤：

S1：完成复用光纤通道通信结构中各装置的连接；数字复接装置分别通过光口、电口将线路两侧的保护装置接入到光纤通信网络中，完成通信；

S2：数字复接装置检测接收到的报文信息的有效性，并根据接收到的报文信息的有效性生成状态戳插入到发送给后一级的报文信息中；

S3：保护装置和数字复接装置检测接收到的报文信号的状态，并分别修改发送给后一级的报文信息中的第一通道状态帧和第二通道状态帧；

S4：保护装置读取最终获得的报文信息中的状态戳、第一通道状态帧和第二通道状态帧，综合判断复用光纤通道的故障区域和故障状态。

根据状态戳判断对应复用通道六个区域的故障区域，根据第一通道状态帧和第二通道状态帧能够得知第一通道和第二通道上存在缺陷的情况。存在状态戳判断的复用通道正常，但是第一通道状态帧或第二通道状态帧显示异常的情况，例如保护装置光缆熔接不良造成的保护装置光口发射端发光功率异常，或者接地系统不良，在刀闸操作或一次设备故障时造成干扰数字复接装置的电口信号异常。根据状态戳、第一通道状态帧和第二通道状态帧快速定位复用通道的故障区域以及快速确定故障状态，方便根据历史情况查找故障原因，实时在线监控，提高了故障查询的速度和效率，提升了运维水平。

作为优选，所述的步骤S2包括以下步骤：

S21：数字复接装置检测接收到的高级数据链控报文物理层上编码的有效性。

S22：数字复接装置根据高级数据链控报文有效性的判断结果生成状态戳，将状态戳插入该高级数据链控报文数据帧中预留的保留字段中。

通过状态戳能够快速判断出复用通道上的故障区域。

作为优选，所述的步骤S21的具体步骤为：数字复接装置通过数字鉴相的方式从高级数据链控报文的原始码流中恢复出同步时钟，再根据恢复的同步时钟鉴别原始码流的物理层编码是否在预设的编码表中，若是，则该原始码流对应的高级数据链控报文有效；否则，该原始码流对应的高级数据链控报文无效。将接收到的报文编码的有效性作为通道故障的判断依据，若接收到的报文编码有效，则该链路通道正常；若接收到的报文编码无效，则该链路通道故障。

作为优选，若检测到的高级数据链控报文无效，则数字复接装置改心跳报文，所述的心跳报文与接收到的高级数据链控报文的帧结构相同，且高级数据链控报文的数据帧的长度为一个字节。在复用通道任何一处故障时，故障通路上的保护装置无法接受到任何报文信息，包括状态戳，故此为了能够将状态戳发送到保护装置上，数字复接装置发送心跳报文，心跳报文与接收到的HDLC报文的帧结构相同，且数据帧的长度为一个字节。

作为优选，所述的高级数据链控报文中包括8bit的状态戳，状态戳的定义如下：

bit0为本侧数字复接装置通路光口接收错误；

bit1为对侧数字复接装置通路光口接收错误；

bit2为本侧数字复接装置通路电口接收错误；

bit3为对侧数字复接装置通路电口接收错误；

bit4为本侧保护装置通路光口接收错误；

bit5为固定为0；

bit6为对侧保护装置通路光口接收错误；

bit7为固定为0。

将复接通道分为六个区域，状态戳用于显示复接通道的故障区域，快速定位。

作为优选，所述的步骤S3中检测接收到的报文信号的状态具体步骤为：

保护装置和数字复接装置检测各光口发光功率是否在预设的光功率阈值范围内；若是，则发光功率正常，否则发光功率异常；

保护装置检测光口接收的光功率是否在预设的光功率阈值范围内；若是，则光口接收光功率正常，否则发光口接收光功率异常；

数字复接装置检测各光口接收到的报文信号数据是否正常，包括码型是否正常、数据是否遗漏；若码型异常或数据遗漏，则判断接收到的报文信号数据异常，否则，判断接收到的报文信号数据正常；

数字复接装置根据检测电口接收的报文信号的物理电平质量，当不在预设的阈值范围内时，判断电口接收信号异常，否则电口接收信号正常；

数字复接装置检测电口接收到的报文信号数据帧的数据码型是否正常，若是，则判断电口接收数据正常，否则，判断为电口接收信号异常。

存在状态戳判断的复用通道正常，但是第一通道状态帧或第二通道状态帧显示异常的情况，例如保护装置光缆熔接不良造成的保护装置光口发射端发光功率异常，或者接地系统不良，在刀闸操作或一次设备故障时造成干扰数字复接装置的电口信号异常。

作为优选，所述的第一通道状态帧和第二通道状态帧为8bit的帧结构；第一通道状态帧的定义为：

bit0为本侧保护装置发光功率异常；

bit1为本侧数字复接装置光口接收数据异常；

bit2为对侧数字复接装置电口接收信号异常；

bit3为对侧数字复接装置发光功率异常；

bit4为对侧复接装置电口接收数据异常；

bit5为固定为0；

bit6为对侧保护装置光口接收功率异常；

bit7为固定为0；

第二通道状态帧的定义为与第一通道状态帧中本侧与对侧互换的8bit帧结构。

第一通道状态帧用于表示第一通道的故障现象；第二通道状态帧用于表示第二通道的故障现象。

作为优选，所述的高级数据链路控报文的物理结构依次包括帧头、保留字段、数据帧、第一通道状态帧、第二通道状态帧、循环冗余校验帧和帧尾；保留字段用于生成状态戳；数据帧和循环冗余校验帧检测到6个连续的1时，在第五个1后面插0。使用“5连1插0”的规则，快速定位帧头和帧尾。

本发明的有益效果是：

1.通过状态戳的标记，能够快速判断出复用通道的故障区域，提高运维效率。

2.通过第一通道状态帧和第二通道状态帧，能够明确通道故障表现状态，结合历史故障的情况，能够快速判断故障原因，提高运维效率。

3.使用心跳报文，确保保护装置至少能够获得报文信号中的状态戳，判断故障区域。

附图说明

图1是本发明的一种复用光纤通道通信拓扑图。

图2是本发明的一种快速识别复用通道故障区间的方法流程图。

图中1.第一保护装置，2.第一数字复接装置，3.通信网络，4.第二数字复接装置，5.第二保护装置。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例的一种快速识别复用通道故障区间的方法，采用如图1所示的复用光纤通道通信结构，包括保护装置、复接装置和通信网络3。

保护装置设置有光口发射端和光口接收端；数字复接通道包括光口发射端、光口接收端、电口发射端和电口接收端。保护装置通过光口与数字复接装置连接，保护装置的光口发射端连接数字复接装置的光口接收端，复接装置的光口发射端连接保护装置的光口接收端。

保护装置包括第一保护装置1、第二保护装置5；数字复接装置包括第一数字复接装置2、第二数字复接装置4。第一保护装置1和第二保护装置5设置在线路的两侧。

第一保护装置1和第二保护装置5通过电口的同轴电缆分别将两侧的第一保护装置和第二保护装置接入通信网络3。第一数字复接装置2的电口发射端连接第二数字复接装置4的电口接收端，第一数字复接装置2的电口接收端连接第二数字复接装置4的电口发射端。

保护装置和数字复接装置之间通过光口传输高级数据链路控（HDLC）报文；第一数字复接装置2和第二数字复接装置4之间通过电口传输HDLC报文。

如图2所示，一种快速识别复用通道故障区间的方法，包括以下步骤：

S1：完成复用光纤通道通信结构中各装置的连接，能够完成通信。

数字复接装置分别通过光口、电口将线路两侧的保护装置接入到专用的光纤通信网络中。在本实施例中，专用的光纤通信网络为SDH通信网络。

将第一保护装置1的光口发射与第一数字复接装置2的光口接收之间的区域定为第一区域；

将第一数字复接装置2的电口发射与第二数字复接装置4的电口接收之间的通信网络区域定为第二区域；

将第二数字复接装置4的光口发射与第二保护装置5的光口接收之间的区域定为第三区域；

将第二保护装置5的光口发射与第二数字复接装置4的光口接收之间的区域定为第四区域；

将第二数字复接装置5的电口发射与第一数字复接装置2的电口接收之间的通信网络区域定为第五区域；

将第一数字复接装置2的光口发射与第一保护装置1的光口接收之间的区域定为第六区域。

S2：数字复接装置检测接收到的HDLC报文的有效性，并根据接收到的HDLC报文的有效性生成状态戳插入到发送给后一级的HDLC报文中。

数字复接装置接收到本侧保护装置的HDLC报文信息以及对侧数字复接装置的HDLC报文信息。以第一数字复接装置2为例，第一数字复接装置2通过光口接收端接收第一保护装置1发送的HDLC报文信息；第一数字复接装置2通过电口接收端接收第二数字复接装置4发送的HDLC报文信息。

S21. 数字复接装置检测接收到的HDLC报文物理层上编码的有效性。

通常复用通道上的HDCL报文在物理层上有固定的编码，如1B/4B方式下，2.048Mbps的串行流，链路层码即512kbps，编码方式采用不归零码，即1被变为1100,0被编为1010。

数字复接装置通过数字相鉴的方式从原始码流，即接收到的HDLC报文，中恢复出同步时钟，再根据恢复的时钟鉴别原始码流的物理层编码是否在预设的编码表中，若是，则该编码有效；若否，则该编码无效。

将接收到的报文编码的有效性作为通道故障的判断依据，若接收到的报文编码有效，则该链路通道正常；若接收到的报文编码无效，则该链路通道故障。

S22.数字复接装置根据HDLC报文有效性的判断结果生成状态戳，将状态戳插入该HDLC报文数据帧中预留的保留字段中。

在本实施例中，在HDLC报文的帧头后增加一个8bit的保留字段，在数据帧与循环冗余校验帧之间依次增加8bit的第一通道状态帧和8bit的第二通道状态帧，HDLC报文从头到尾包括帧头、保留字段、数据帧、第一通道状态帧、第二通道状态帧、循环冗余校验帧和帧尾。

在HDLC报文中，数据帧和循环冗余校验（CRC）帧遵循“5连1插0”的规则，即当检测到6个连续的1时，在第五个1后面插0。便于定位帧头、第一状态帧、第二状态帧和帧尾的位置。

8bit的保留字段用于生成状态戳，表示故障的区域，以第一数字复接装置和第一保护装置为本侧，以第二数字复接装置和第二保护装置为对侧，其保留字段的定义如下：

bit0为第一数字复接装置通路光口接收错误；对应第一区域故障；

bit1为第二数字复接装置通路光口接收错误；对应第四区域故障；

bit2为第一数字复接装置通路电口接收错误；对应第五区域故障；

bit3为第二数字复接装置通路电口接收错误；对应第二区域故障；

bit4为第一保护装置通路光口接收错误；对应第六区域故障；

bit5为固定为0；

bit6为第二保护装置通路光口接收错误；对应第三区域故障；

bit7为固定为0。

第一通道状态帧用于表示第一通道的故障现象；在本实施例中，将第一保护装置向第二保护装置的通道定义为第一通道，将第二保护装置向第一保护装置的通道定义为第二通道。对于8bit的第一通道状态帧定义如下：

bit0为第一保护装置发光功率异常；

bit1为第一数字复接装置光口接收数据异常；

bit2为第二数字复接装置电口接收信号异常；

bit3为第二数字复接装置发光功率异常；

bit4为第二复接装置电口接收数据异常；

bit5为固定为0；

bit6为第二保护装置光口接收功率异常；

bit7为固定为0。

第二通道状态帧用于表示第二通道的故障现象；对于8bit的第二通道状态帧定义如下：

bit0为第二保护装置发光功率异常；

bit1为第二数字复接装置光口接收数据异常；

bit2为第一数字复接装置电口接收信号异常；

bit3为第一数字复接装置发光功率异常；

bit4为第一复接装置电口接收数据异常；

bit5为固定为0；

bit6为第一保护装置光口接收功率异常；

bit7为固定为0。

HDLC报文的帧结构，每一个字节低bit先发时，由于帧头、帧尾字段固定为0x7E，数据及校验帧遵循“5连1插0”的规则，状态戳、第一通道状态帧和第二通道状态帧占用8bit，使用6bit作为通道状态标志，剩余两位固定为0，状态标志发生变化时，不会影响数据帧“5连1插0”的规则，生成的状态帧不会影响帧头和帧尾的识别，同时也不会影响CRC的计算。

当在复接检测到HDLC报文有效时，不改变状态戳；当检测到的HDLC报文无效时，数字复接装置改发心跳报文。

在复用通道任何一处故障时，故障通路上的保护装置无法接受到任何报文信息，包括状态戳，故此为了能够将状态戳发送到保护装置上，数字复接装置发送心跳报文，心跳报文与接收到的HDLC报文的帧结构相同，且数据帧的长度为一个字节。

以第一数字复接装置2为例，状态戳的生成规则为：

当第一数字复接装置2检测到光口接收的HDLC报文无效时，生成“第一数字复接装置通路光口接收错误”标记为状态戳，分别插入到向第二数字复接装置4发送的心跳报文的保留字段以及向第一保护装置1发送的HDLC报文的保留字段中。

当第一数字复接装置2检测到电口HDLC报文无效时，生成“第一数字复接装置通路电口接收错误”标记为状态戳，分别插入到向第一保护装置1发送的心跳报文的保留字段以及向第二数字复接装置4发送的HDLC报文的保留字段中。

第二数字复接装置4生成“第二数字复接装置通路光口接收错误”以及“第二数字复接装置通路电口接收错误”标记同理。

当第一保护装置1检测到光口接收端接收的HDLC报文无效时，生成“第一保护装置通路光口接收错误”标记，插入到向第一数字复接装置2发送的HDLC报文的保留字段中。

两侧的保护装置根据状态戳判断复用通道中故障区域。

S3：保护装置和数字复接装置检测接收到的报文信号的状态，并分别修改第一通道状态帧和第二通道状态帧。

保护装置包括数据编码模块、数据解码模块、光/电转化模块、电/光转化模块。电/光转化模块的两端分别连接光口发射端以及数据编码模块，光/电转化模块的两端分别连接光口接收端以及数据解码模块。

在本实施例中，光/电转化模块包括PIN光电二极管，根据PIN光电二极管产生的电流与接收到的光功率呈正比的特性，检测出光口接收端接收到的光功率，将光功率与预设的光功率阈值比较。当检测到的光功率小于光功率阈值时，修改该通路状态帧。

数据解码模块对接收到的报文进行解码，根据报文字段长短滤除心跳报文，对解码出来的数据帧进行监测，判断数据是否有异常，如数据遗漏、数据格式错误等。当判断数据有异常时，修改该通路状态帧。

电/光转换模块将电转换为光，包括光敏电阻，监测光口发射端发光的光功率。判断发光的光功率是否在预设的光功率阈值范围内，若是，则发光功率正常，若否，则判断发光功率异常，修改该通路状态帧。

以第一保护装置1为例，当第一保护装置1检测到的光口接收端的光功率不在光功率阈值范围内时，判断第一保护装置1的光口接收端光功率异常，将第二通道状态帧的“第一保护装置光口接收功率异常”标记为1，否则为0。

当第一保护装置1检测到的光口发射端的光功率不在光功率阈值范围内时，判断第一保护装置1的光口发射端光功率异常，将第一通道状态帧的“第一保护装置发光功率异常”标记为1，否则为0。

当第一保护装置1解码后的数据帧的内容存在异常时，如数据遗漏或数据格式错误等，将第二通道状态帧的“第一保护装置光口接收数据异常”标记为1，否则为0。

数字复接装置从光口接收端到电口发射端依次包括光/电转化模块、数据编码模块和信号转化模块；从电口接收端到光口发射端依次包括信号转化模块、数据解码模块和电/光转化模块。

光/电转化模块包括PIN发光二极管，用于监测光口接收端的光功率；数据编码模块用于监测光口接收的报文数据帧是否异常；电/光转换模块包括光敏电阻，用于监测数字复接装置的发光功率；与电口接收端连接的信号转化模块监测信号物理电平质量，判断电口接收信号是否异常，以及根据电口接收的信号的码型判断电口接收数据是否异常。

以第一数字复接装置2为例，当第一数字复接装置2中的检测到光口接收的报文数据帧异常时，例如数据码型错误时，判断第一数字复接装置2的光口接收数据异常，将第一通道状态的“第一数字复接装置光口接收数据异常”标记为1，否则为0。

当第一数字复接装置2中的检测到光口发射端的发光功率不在预设的发光功率阈值范围内时，判断第一数字复接装置2的光口发射功率异常，将第二通道状态的“第一数字复接装置光口发射功率异常”标记为1，否则为0。

当第一数字复接装置2中的检测到电口接收的报文信号数据帧异常时，例如数据码型错误时，判断第一数字复接装置2的电口接收数据异常，将第二通道状态的“第一数字复接装置电口接收数据异常”标记为1，否则为0。

当第一数字复接装置中2的检测到电口接收的报文信号物理电平质量不在预设的阈值范围内时，判断第一数字复接装置2的电口接收信号异常，将第二通道状态的“第一数字复接装置电口接收信号异常”标记为1，否则为0。

S4：保护装置读取最终获得的报文中保留字段上的状态戳、第一通道状态帧和第二通道状态帧，综合判断复用通道的状态。

根据状态戳判断对应复用通道六个区域的故障区域，根据第一通道状态帧和第二通道状态帧能够得知第一通道和第二通道上存在缺陷的情况。

存在状态戳判断的复用通道正常，但是第一通道状态帧或第二通道状态帧显示异常的情况，例如保护装置光缆熔接不良造成的保护装置光口发射端发光功率异常，或者接地系统不良，在刀闸操作或一次设备故障时造成干扰数字复接装置的电口信号异常。

根据状态戳、第一通道状态帧和第二通道状态帧快速定位复用通道的故障区域以及快速确定故障状态，方便根据历史情况查找故障原因，实时在线监控，提高了故障查询的速度和效率，提升了运维水平。

Claims (8)

1.一种快速识别复用通道故障区间的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：完成复用光纤通道通信结构中各装置的连接；数字复接装置分别通过光口、电口将线路两侧的保护装置接入到光纤通信网络中，完成通信；

S2：数字复接装置检测接收到的报文信息的有效性，并根据接收到的报文信息的有效性生成状态戳插入到发送给后一级的报文信息中；

S3：保护装置和数字复接装置检测接收到的报文信号的状态，并分别修改发送给后一级的报文信息中的第一通道状态帧和第二通道状态帧；

S4：保护装置读取最终获得的报文信息中的状态戳、第一通道状态帧和第二通道状态帧，综合判断复用光纤通道的故障区域和故障状态。

2.根据权利要求1所述的一种快速识别复用通道故障区间的方法，其特征在于，所述的步骤S2包括以下步骤：

S21：数字复接装置检测接收到的高级数据链控报文物理层上编码的有效性；

S22：数字复接装置根据高级数据链控报文有效性的判断结果生成状态戳，将状态戳插入该高级数据链控报文数据帧中预留的保留字段中。

3.根据权利要求2所述的一种快速识别复用通道故障区间的方法，其特征在于，所述的步骤S21的具体步骤为：数字复接装置通过数字鉴相的方式从高级数据链控报文的原始码流中恢复出同步时钟，再根据恢复的同步时钟鉴别原始码流的物理层编码是否在预设的编码表中，若是，则该原始码流对应的高级数据链控报文有效；否则，该原始码流对应的高级数据链控报文无效。

4.根据权利要求2或3所述的一种快速识别复用通道故障区间的方法，其特征在于，若检测到的高级数据链控报文无效，则数字复接装置改心跳报文，所述的心跳报文与接收到的高级数据链控报文的帧结构相同，且高级数据链控报文的数据帧的长度为一个字节。

5.根据权利要求1所述的一种快速识别复用通道故障区间的方法，其特征在于，所述的高级数据链控报文中包括8bit的状态戳，状态戳的定义如下：

bit0为本侧数字复接装置通路光口接收错误；

bit1为对侧数字复接装置通路光口接收错误；

bit2为本侧数字复接装置通路电口接收错误；

bit3为对侧数字复接装置通路电口接收错误；

bit4为本侧保护装置通路光口接收错误；

bit5为固定为0；

bit6为对侧保护装置通路光口接收错误；

bit7为固定为0。

6.根据权利要求1所述的一种快速识别复用通道故障区间的方法，其特征在于，所述的步骤S3中检测接收到的报文信号的状态具体步骤为：

保护装置和数字复接装置检测各光口发光功率是否在预设的光功率阈值范围内；若是，则发光功率正常，否则发光功率异常；

保护装置检测光口接收的光功率是否在预设的光功率阈值范围内；若是，则光口接收光功率正常，否则发光口接收光功率异常；

数字复接装置检测各光口接收到的报文信号数据是否正常，包括码型是否正常、数据是否遗漏；若码型异常或数据遗漏，则判断接收到的报文信号数据异常，否则，判断接收到的报文信号数据正常；

数字复接装置根据检测电口接收的报文信号的物理电平质量，当不在预设的阈值范围内时，判断电口接收信号异常，否则电口接收信号正常；

数字复接装置检测电口接收到的报文信号数据帧的数据码型是否正常，若是，则判断电口接收数据正常，否则，判断为电口接收信号异常。

7.根据权利要求6所述的一种快速识别复用通道故障区间的方法，其特征在于，所述的第一通道状态帧和第二通道状态帧为8bit的帧结构；第一通道状态帧的定义为：

bit0为本侧保护装置发光功率异常；

bit1为本侧数字复接装置光口接收数据异常；

bit2为对侧数字复接装置电口接收信号异常；

bit3为对侧数字复接装置发光功率异常；

bit4为对侧复接装置电口接收数据异常；

bit5为固定为0；

bit6为对侧保护装置光口接收功率异常；

bit7为固定为0；

第二通道状态帧的定义为与第一通道状态帧中本侧与对侧互换的8bit帧结构。

8.根据权利要求1或5或7所述的一种快速识别复用通道故障区间的方法，其特征在于，所述的高级数据链路控报文的物理结构依次包括帧头、保留字段、数据帧、第一通道状态帧、第二通道状态帧、循环冗余校验帧和帧尾；保留字段用于生成状态戳；数据帧和循环冗余校验帧检测到6个连续的1时，在第五个1后面插0。

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