CN112532421B - 一种基于fpga的通道状态在线感知和复接单元、装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接单元、装置及方法，包括两个通过电力SDH通信网相连接的基于FPGA的通道状态在线感知和复接单元，所述基于FPGA的通道状态在线感知和复接单元包括接收光口、发送光口、接收电口、发送电口、主控单元，光电转发，电光转发，同步对时，在线感知和复接状态监视、报文复用发送。本发明基于FPGA透传数据报文，解析无同步要求，最大程度减少传输延时。除能识别故障现象稳定存在的通道告警，还能对通道瞬时故障现象进行获取和解析。根据对光口/电口接收通道监视和状态报文解析，能简单快速判别通道故障区段,并最大限度做到通道故障检测区域全覆盖。可用于对现有光纤纵联保护通道的在线监视和通道状态告警。

Description

一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接单元、装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接单元、装置及方法，属于电力系统光纤纵联保护通道故障检测技术领域。

背景技术

随着电力系统的发展，变电站光纤纵联保护采用电力SDH光纤网络进行保护信号传输被普遍运用，但也同时伴随出现了大量的通道故障告警问题。特别是在通信线路环线较长，通道复接装置数量较多时，一旦出现通道异常告警，采用常规的逐级自环检测方法，故障检测和定位将异常不便。

此外，目前的复接装置只能识别故障现象稳定存在的通道告警，无法对通道瞬时故障现象进行获取和记录，一旦出现瞬时异常，需要使用通道误码测试仪逐级测试才能检测出故障原因和位置，造成故障排查处理效率低和浪费大量的人力。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接单元、装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提出一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接单元（简称“单元”），包括接收光口、发送光口、接收电口、发送电口、主控单元，光电转发，电光转发，同步对时，在线感知和复接状态监视（简称“感知和复接”）、报文复用发送。

接收光口，通过光口接收通道，接收数据报文1，将CMI编码光信号转成NRZ串行电信号。

发送光口，通过光口发送通道，用于将数据报文2由NRZ串行电信号转成CMI编码光信号。

接收电口，通过电口接收通道，接收数据报文2和状态报文2，用于将接收的AMI/HDB3 E1电信号转成NRZ串行电信号。

发送电口，用于将发送的NRZ串行电信号转成AMI/HDB3 E1电信号，通过电口发送通道，将数据报文1和状态报文1送入电力SDH通信网。

主控单元，用于分配配置参数，配置参数包括：配置光电/电光转发模块的编解码波特率、同步对时模块时钟源选择、在线感知和复接状态监视的异常监视时间和状态报文1发送周期。同时读取光电转发的光接收FIFO缓存区里的数据报文1、电光转发的电接收FIFO缓存区里的数据报文2和状态报文2、以及通道状态信息。

光电转发，将数据报文1传输至报文复用发送，同时根据编解码波特率配置参数接收数据报文1，判断数据报文1帧头，并对数据报文1进行解析和CRC校验后送入光接收FIFO缓存区。

电光转发，将数据报文2传输至发送光口输出，同时根据编解码波特率配置参数接收数据报文2和状态报文2，判断数据报文2和状态报文2帧头，并对数据报文2和状态报文2进行解析和CRC校验后送入电接收FIFO缓存区。

同步对时，用于根据时钟源选择配置参数，解析外部对时时钟源（电B码或光B码），为接收到的数据报文1/数据报文2、状态报文2和通道状态信息提供时间戳。

在线感知和复接状态监视，用于对本单元的接收光口、发送光口、光口接收通道、电口接收通道进行在线监视，根据监视结果得到本单元的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态；根据状态报文2内容，得到相邻单元的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态。根据以上状态信息判别通道故障区段并指示对应区段异常告警。并将本单元的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态组成状态报文1送入报文复用发送，以此状态报文1让相邻单元获取到本单元的状态；同时控制报文复用发送中状态报文1发送方式。

作为优选方案，所述状态报文1发送方式包括：若能收到数据报文1，则在数据报文1后的数个字节按发送周期配置参数定时发送状态报文1；若未收到数据报文1，则直接按发送周期配置参数自主单独定时发送状态报文1。

一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接的装置，包括两个基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元，两个基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元通过电力SDH通信网相连接，一个基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元定义为单元A，另一个基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元定义为单元B, 单元A的发送电口通过电力SDH通信网将数据报文1、状态报文1发送给单元B的接收电口，单元B的发送电口通过电力SDH通信网将数据报文2、状态报文2发送给单元B的接收电口。

作为优选方案，还包括保护装置A、保护装置B，所述保护装置A发送光口与单元A的接收光口通过光口接收通道相连接，并通过保护装置A发送光口发送数据报文1，保护装置A接收光口与单元A的发送光口通过光口发送通道相连接，并通过保护装置A接收光口接收数据报文2；所述保护装置B发送光口与单元B的接收光口通过光口接收通道相连接，并通过保护装置B发送光口发送数据报文2，保护装置B接收光口与单元B的发送光口通过光口发送通道相连接，并通过保护装置B接收光口接收数据报文1。

作为优选方案，与单元A的接收光口相连的光口接收通道定义为区段1，与单元A的发送光口相连的光口发送通道定义为区段2，单元A的接收光口定义为区段3，单元A的发送光口定义为区段4，单元A的发送电口相连的电口发送通道定义为区段5，单元A的接收电口相连的电口接收通道定义为区段6，单元B的发送光口定义为区段7，单元B的接收光口定义为区段8，与单元B的发送光口相连的光口发送通道定义为区段9，与单元B的接收光口相连的光口接收通道定义为区段10。

一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接的实现方法，包括如下步骤：

步骤1，周期读取单元A接收光口和发送光口电压和温度，若检测到越限异常，在线感知和复接状态监视置位通道状态信息接收光口和发送光口状态字段，并指示单元A接收光口和发送光口告警，判别区段3和4故障异常；

步骤2，对单元A接收的数据报文1进行监视，若在异常监视时间内未收到数据报文1，在线感知和复接状态监视置位通道状态信息接收光口通道字段，并指示单元A接收光口通道中断告警，判别区段1故障异常；

步骤3，对单元A接收的数据报文2和状态报文2进行监视，若在异常监视时间内未收到数据报文2和状态报文2，在线感知和复接状态监视置位通道状态信息接收电口通道字段，并指示单元A接收电口通道中断告警，判别区段6故障异常；

步骤4，对单元A接收的状态报文2进行解析，根据状态报文2得到单元B的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态，电口接收通道状态的字段置位，根据状态的字段置位，则可判别单元B区段5、区段7、区段8和区段10是否故障异常；

步骤5，将单元A的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态和电口接收通道状态组成状态报文1送入报文复用发送待发送，以此状态报文1让单元B获取到单元A的状态。

有益效果：本发明提供的一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接单元、装置及方法，其有益效果如下：

(1)基于FPGA透传数据报文，解析无同步要求，最大程度减少传输延时。

(2)除能识别故障现象稳定存在的通道告警，还能对通道瞬时故障现象进行获取和解析。

(3)根据对光口/电口接收通道监视和状态报文解析，能简单快速判别通道故障区段,并最大限度做到通道故障检测区域全覆盖，减少运维时间，方便工程应用。

(4)可单独外挂用于对现有光纤纵联保护通道的在线监视和通道状态告警。

附图说明

图1是本发明功能块连接示意图。

图2是本发明一种实施例的通信示意图。

图3是本发明光口通道接收处理流程图。

图4是本发明电口通道接收处理流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接的实现装置，包括两个通过电力SDH通信网相连接的通道状态在线感知和复接单元，所述通道状态在线感知和复接单元包括接收光口、发送光口、接收电口、发送电口、主控单元，光电转发，电光转发，同步对时，在线感知和复接状态监视（简称“感知和复接”）、报文复用发送。

接收光口，通过光口接收通道，接收数据报文1，将CMI编码光信号转成NRZ串行电信号。

发送光口，通过光口发送通道，用于将数据报文2由NRZ串行电信号转成CMI编码光信号。

接收电口，通过电口接收通道，接收数据报文2和状态报文2，用于将接收的AMI/HDB3 E1电信号转成NRZ串行电信号。

发送电口，用于将发送的NRZ串行电信号转成AMI/HDB3 E1电信号，通过电口发送通道，将数据报文1和状态报文1送入电力SDH通信网。

主控单元，用于分配配置参数包括：配置光电/电光转发的编解码波特率、同步对时模块时钟源选择、在线感知和复接状态监视的异常监视时间和状态报文1发送周期。同时读取光电转发的光接收FIFO缓存区里的数据报文1、电光转发的电接收FIFO缓存区里的数据报文2和状态报文2、以及通道状态信息。

光电转发，将数据报文1传输至报文复用发送，同时根据编解码波特率配置参数接收数据报文1，判断数据报文1帧头，并对数据报文1进行解析和CRC校验后送入光接收FIFO缓存区。

电光转发，将数据报文2传输至发送光口输出，同时根据编解码波特率配置参数接收数据报文2和状态报文2，判断数据报文2和状态报文2帧头，并对数据报文2和状态报文2进行解析和CRC校验后送入电接收FIFO缓存区。

同步对时，用于根据时钟源选择配置参数，解析外部对时时钟源（电B码或光B码），为接收到的数据报文1/数据报文2、状态报文2和通道状态信息提供时间戳。

在线感知和复接状态监视，用于对本单元，如单元A的接收光口、发送光口、光口接收通道、电口接收通道进行在线监视，根据监视结果得到本单元的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态；根据状态报文2内容，得到相邻单元，如单元B的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态。根据这些状态信息即能判别通道故障区段并指示对应区段异常告警。并将本单元的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态组成状态报文1送入报文复用发送，以此状态报文1让相邻单元获取到本单元的状态；同时控制报文复用发送中状态报文1发送方式。

如图2所示，一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接的实现装置在使用时，构建的架框包括：通道状态在线感知和复接单元A,简称单元A、通道状态在线感知和复接单元B，简称单元B、保护装置A、保护装置B，保护装置A发送光口与单元A的接收光口通过光口接收通道相连接，并通过保护装置A发送光口发送数据报文1，保护装置A接收光口与单元A的发送光口通过光口发送通道相连接，并通过保护装置A接收光口接收数据报文2。单元A的发送电口通过电力SDH通信网将数据报文1、状态报文1发送给单元B的接收电口，单元B的发送电口通过电力SDH通信网将数据报文2、状态报文2发送给单元B的接收电口。保护装置B发送光口与单元B的接收光口通过光口接收通道相连接，并通过保护装置B发送光口发送数据报文2，保护装置B接收光口与单元B的发送光口通过光口发送通道相连接，并通过保护装置B接收光口接收数据报文1。

对以上构架的通道、光口进行定义，与单元A的接收光口相连的光口接收通道定义为区段1，与单元A的发送光口相连的光口发送通道定义为区段2，单元A的接收光口定义为区段3，单元A的发送光口定义为区段4，单元A的发送电口相连的电口发送通道定义为区段5，单元A的接收电口相连的电口接收通道定义为区段6，单元B的发送光口定义为区段7，单元B的接收光口定义为区段8，与单元B的发送光口相连的光口发送通道定义为区段9，与单元B的接收光口相连的光口接收通道定义为区段10。

如图3、图4所示，一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接的实现方法，包括如下步骤：

步骤1，周期读取单元A接收光口和发送光口电压和温度，若检测到越限异常，在线感知和复接状态监视置位通道状态信息接收光口和发送光口状态字段，并指示单元A接收光口和发送光口告警，判别区段3和4故障异常。

步骤2，对单元A接收的数据报文1进行监视，若在异常监视时间内未收到数据报文1，在线感知和复接状态监视则置位通道状态信息接收光口通道字段，并指示单元A接收光口通道中断告警，判别区段1故障异常。

步骤3，对单元A接收的数据报文2和状态报文2进行监视，若在异常监视时间内未收到数据报文2和状态报文2，在线感知和复接状态监视置位通道状态信息接收电口通道字段，并指示单元A接收电口通道中断告警，判别区段6故障异常。

步骤4，对单元A接收的状态报文2进行解析，根据状态报文2得到单元B的接收光口状态（区段8）、发送光口状态（区段7）、光口接收通道状态（区段10），电口接收通道状态（区段5）的字段置位，根据这些状态字段置位，则可判别单元B区段5、区段7、区段8和区段10是否故障异常。

步骤5，将单元A的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态和电口接收通道状态组成状态报文1送入报文复用发送待发送，以此状态报文1让单元B获取到单元A的状态；同时控制状态报文1在报文复用发送中发送方式：一，若能收到数据报文1，则在数据报文1后的数个字节按发送周期配置参数定时发送状态报文1；二，若未收到数据报文1，则直接按发送周期配置参数自主单独定时发送状态报文1。

同理，单元B实现方法和单元A完全一致。

至此，单元A的在线感知和复接状态监视根据单元A的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态和单元B的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态可以判别区段1/3/4/5/6/7/8/10是否存在异常并置位区段告警。同样，单元B可以判别区段1/3/4/5/6/7/8/10是否存在异常并置位区段告警。至于区段2可由保护装置A根据是否能接收到正确的数据报文2进行判别，区段9可由保护装置B根据是否能接收到正确的数据报文1进行判别。至此可实现通道故障检测区域全覆盖。

报文复用发送，从在线感知和复接状态监视模块得到状态报文1发送方式，根据状态报文1发送周期配置参数定时发送状态报文1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元，其特征在于：包括如下模块：接收光口、发送光口、接收电口、发送电口、主控单元，光电转发，电光转发，同步对时，在线感知和复接状态监视、报文复用发送；

接收光口，用于通过光口接收通道，接收数据报文1；

发送光口，用于通过光口发送通道，发送数据报文2；

接收电口，用于通过电口接收通道，接收数据报文2和状态报文2；

发送电口，用于通过电口发送通道，发送数据报文1和状态报文1；

主控单元，用于分配配置参数、读取光电转发的光接收FIFO缓存区里的数据报文1、电光转发的电接收FIFO缓存区里的数据报文2和状态报文2、以及通道状态信息；

光电转发，用于将数据报文1传输至报文复用发送，同时根据编解码波特率配置参数接收数据报文1，判断数据报文1帧头，并对数据报文1进行解析和CRC校验后送入光接收FIFO缓存区；

电光转发，用于将数据报文2传输至发送光口输出，同时根据编解码波特率配置参数接收数据报文2和状态报文2，判断数据报文2和状态报文2帧头，并对数据报文2和状态报文2进行解析和CRC校验后送入电接收FIFO缓存区；

同步对时，用于根据时钟源选择配置参数，解析外部对时时钟源，为接收到的数据报文1、数据报文2、状态报文2和通道状态信息提供时间戳；

在线感知和复接状态监视，用于对本单元的接收光口、发送光口、光口接收通道、电口接收通道进行在线监视，根据监视结果得到本单元的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态；根据状态报文2内容，得到相邻基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态；根据本单元及相邻基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元状态信息判别通道故障区段并指示对应区段异常告警；并将本单元的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态、电口接收通道状态组成状态报文1送入报文复用发送，以状态报文1让相邻基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元获取到本单元的状态；同时控制报文复用发送中状态报文1发送方式。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元，其特征在于：所述配置参数包括：配置光电转发、电光转发的编解码波特率、同步对时模块时钟源选择、在线感知和复接状态监视的异常监视时间和状态报文1发送周期。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元，其特征在于：所述状态报文1发送方式包括：若能收到数据报文1，则在数据报文1后的数个字节按发送周期配置参数定时发送状态报文1；若未收到数据报文1，则直接按发送周期配置参数自主单独定时发送状态报文1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的单元组成的基于FPGA的通道状态在线感知和复接的装置，其特征在于：包括两个基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元，两个基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元通过电力SDH通信网相连接，一个基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元定义为单元A，另一个基于FPGA的通道状态在线感知和复接的单元定义为单元B, 单元A的发送电口通过电力SDH通信网将数据报文1、状态报文1发送给单元B的接收电口，单元B的发送电口通过电力SDH通信网将数据报文2、状态报文2发送给单元B的接收电口。

5.根据权利要求4所述的基于FPGA的通道状态在线感知和复接的装置，其特征在于：还包括保护装置A、保护装置B，所述保护装置A发送光口与单元A的接收光口通过光口接收通道相连接，并通过保护装置A发送光口发送数据报文1，保护装置A接收光口与单元A的发送光口通过光口发送通道相连接，并通过保护装置A接收光口接收数据报文2；所述保护装置B发送光口与单元B的接收光口通过光口接收通道相连接，并通过保护装置B发送光口发送数据报文2，保护装置B接收光口与单元B的发送光口通过光口发送通道相连接，并通过保护装置B接收光口接收数据报文1。

6.根据权利要求5所述的基于FPGA的通道状态在线感知和复接的装置，其特征在于：与单元A的接收光口相连的光口接收通道定义为区段1，与单元A的发送光口相连的光口发送通道定义为区段2，单元A的接收光口定义为区段3，单元A的发送光口定义为区段4，单元A的发送电口相连的电口发送通道定义为区段5，单元A的接收电口相连的电口接收通道定义为区段6，单元B的发送光口定义为区段7，单元B的接收光口定义为区段8，与单元B的发送光口相连的光口发送通道定义为区段9，与单元B的接收光口相连的光口接收通道定义为区段10。

7.根据权利要求6所述的装置的基于FPGA的通道状态在线感知和复接的实现方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，周期读取单元A接收光口和发送光口电压和温度，若检测到越限异常，在线感知和复接状态监视置位通道状态信息接收光口和发送光口状态字段，并指示单元A接收光口和发送光口告警，判别区段3和4故障异常；

步骤2，对单元A接收的数据报文1进行监视，若在异常监视时间内未收到数据报文1，在线感知和复接状态监视置位通道状态信息接收光口通道字段，并指示单元A接收光口通道中断告警，判别区段1故障异常；

步骤3，对单元A接收的数据报文2和状态报文2进行监视，若在异常监视时间内未收到数据报文2和状态报文2，在线感知和复接状态监视置位通道状态信息接收电口通道字段，并指示单元A接收电口通道中断告警，判别区段6故障异常；

步骤4，对单元A接收的状态报文2进行解析，根据状态报文2得到单元B的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态，电口接收通道状态的字段置位，根据状态的字段置位，则可判别单元B区段5、区段7、区段8和区段10是否故障异常；

步骤5，将单元A的接收光口状态、发送光口状态、光口接收通道状态和电口接收通道状态组成状态报文1送入报文复用发送待发送，以此状态报文1让单元B获取到单元A的状态。