CN113472431B - 一种具有双主架构的新型链式光通信网络 - Google Patents

一种具有双主架构的新型链式光通信网络 Download PDF

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Abstract

一种具有双主架构的新型链式光通信网络，包括多个从设备、主设备，还包括备设备；正常工作时，备设备处于休眠状态；从设备接收来自后端设备的信号并转发至前端设备；从设备的接收光路出现异常时，关闭该从设备的发送光路；备设备不能接收到主设备指令，或者主设备接收到链式光通信网络发生变化时，主设备和/或备设备启动自组网，主设备和/或备设备周期性发送组网指令且指令数据区填充为全0，对应的从设备判断指令数据区无自身地址，关闭转发功能并发送地址，主设备和/或备设备接收到地址后，将其存储并分配ID，并在下次发送的组网指令中填充，从设备获得自身ID，关闭自身数据发送功能并开启转发功能。该网络组网简单，容错性好，可靠性高。

Description

一种具有双主架构的新型链式光通信网络
技术领域
本发明属于光通信网络组网领域，具体涉及一种具有双主架构的新型链式光通信网络。
背景技术
市面上光通信网络的结构形式分为星形、链式、环形等，其中链式的光通信网络一般使用PON架构，传统的PON架构为一主多从，即：链路其中一个端部的设备为主设备，链路其余的设备为从设备，链路上各个设备采用光纤进行连接，当链路的某个节点出现问题，例如，从设备或主设备故障，则整个链路不能正常工作。
发明内容
为解决链式光通信网络某节点出现故障，整个链路不能正常工作的技术问题，本发明提供一种具有双主架构的新型链式光通信网络。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有双主架构的新型链式光通信网络，包括链式连接的多个从设备、位于端部的主设备，还包括位于另一端部的备设备，备设备与主设备功能相同，均能发起自组网，主设备正常工作时，备设备处于休眠状态；正常工作模式下，从设备接收来自后端设备的信号并转发至前端设备，从设备的接收光路出现异常时，关闭该从设备的发送光路；备设备不能接收到主设备指令时，启动自组网，主设备接收到链式光通信网络发生变化时，启动自组网；主设备启动自组网前，间隔发送多次同步指令，若该链式光通信网络没有对该同步指令产生对应的回应，则主设备开启自组网，否则，则不开启自组网；备设备启动自组网前，对主设备指令进行多个查询周期，若接收不到主设备指令，则开启自组网，否则，则不开启自组网；启动自组网时，主设备和/或备设备周期性发送组网指令且其指令数据区填充为全0，对应的从设备判断指令数据区无自身地址，关闭转发功能并发送自身地址数据，主设备和/或备设备接收地址并存储至指令数据区后分配ID，并在下一次发送的组网指令中填充ID，从设备判断自身获得ID，关闭自身数据发送功能并开启转发功能；与对应的主设备或从设备直接连接的从设备直接将地址发送对应的主设备或从设备并存储在对应数据区中，该从设备检测到自身地址存储至数据区并获得ID后，关闭自身数据发送功能并开启转发功能，距离该从设备最近的从设备可以将自身地址发送并存储至数据区。
进一步的，所述主设备启动自组网前，发送同步指令5次，每次间隔20ms。
进一步的，所述备设备开启自组网前，对主设备指令连续进行5个查询周期。
进一步的，自组网时，所有所述从设备时刻检测是否收到组网指令，从设备既能检测下行链路的数据，也能检测上行链路的数据，若从设备从其中一条链路检测到组网指令，说明该链路为下行链路，则另一链路为上行链路。
进一步的，自组网结束后，主设备和/或备设备的数据区生成对应从设备自身地址与通信网络地址的对应表，用于后续通信。
与现有技术相比，该发明的有益之处在于：
1、本发明的主设备、备设备分别位于链路的两端，从设备位于中间；正常状态下，主设备工作，备设备休眠；当链路中的主设备故障后，备设备与从设备重新组成一个网络；当链路中某个从设备故障后，主设备与一部分可正常工作的从设备组成一个网络，备设备与另一部分可正常工作的从设备组成另一个网络，从而实现整个系统的最大容错性。
2、本发明特别适用于某些应用场景(如火车)，减少了链路间的传输介质铺设复杂度，且加入备设备后，具有将备设备切换为主设备的功能，提高了整个通信系统的可靠性。
3、所有主设备、从设备、备设备物理连接和上电后，自动完成组网，大大降低了整个通信网络的布局和拓扑难度。
4、当链路中有某个设备故障，或者某段链路故障，整个网络可自动检测和隔离故障，保障整个系统依然可以正常工作。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一种具有双主架构的新型链式光通信网络的一个实施例的示意图；
图2为本发明一种具有双主架构的新型链式光通信网络的一个实施例上行链路、下行链路在自组网时变动示意图；
图3为本发明一种具有双主架构的新型链式光通信网络的一个实施例从设备出现故障时的自组网示意图；
图4为本发明一种具有双主架构的新型链式光通信网络的一个实施例主设备出现故障时的自组网示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明一种具有双主架构的新型链式光通信网络的实施例，如图1至图4所示。传统的PON架构为一台主设备、若干从设备串联成链式光通信网络，主设备位于链式光通信网络的端部，通过光纤将主设备与若干从设备依次串联。本发明在传统的PON架构的基础上进行改进，在链式光通信网络的另一端部串联一台作为备用的且与主设备功能相同的备设备，并且，本发明自定义通信协议与通信架构，组成一种全新的具有双主架构的新型链式光通信网络，可实现整个系统的自组网、自组网后的主设备与从设备通信、备设备切换为主设备。
图1至图4中，主设备、备设备的编号为XX27-TF，从设备的编号为XX28-TF，各个相邻设备之间使用光纤进行通信连接。该链式光通信网络上的由光纤连接各设备形成的链路分为下行链路、上行链路，信号的发送方向指向远离XX27-TF设备(处于工作状态时)的方向的链路为下行链路，指向靠近XX27-TF设备(处于工作状态时)的方向的链路为上行链路。每台设备均包括用于发送信号的发送光路、用于接收信号的接收光路。
本发明在正常通信模式下，如图1所示，主设备、从设备与备设备同时处于该链式光通信网络中，按照主从模式进行通信。主设备设置有数据区，用于存储各个从设备的通信地址，以便于主设备与从设备进行交互通信。在该正常通信模式下，下行链路的指令信号的流向为主设备发送至从设备，上行链路的指令信号的流向为从设备到主设备。在该正常通信模式下，在同一链路中，每台设备均具有接收信号并转发的功能，通过该功能该设备将后端设备的信号接收并转发至前端设备。
主设备可以发送同步指令，然后根据主设备与备设备在数据区存储的地址大小，以确认主设备与备设备之间的关系，便于确认备设备是否作为备份处于休眠状态，主设备是否处于工作状态。当从设备的接收光路出现异常时，从设备关闭自身的发送光路，使得整个链式光通信网络通信中断，以便于备设备接收不到主设备的指令且主设备接收到该链式光通信网络状态发生变化时，各自开始开启自组网；当主设备出现故障时，备设备同样接收不到主设备指令，此时触发备设备开启自组网。主设备开启自组网前，发送同步指令5次，每次间隔20ms，根据该链式光通信网络对同步指令的回应，确认是否需要开启自组网，若该链式光通信网络没有回应，则主设备开启自组网，否则，则不开启自组网。备设备开启自组网前，对主设备指令连续进行5个查询周期，若接收不到主设备指令，则开启自组网，否则，则不开启自组网。
当主设备接收不到对同步指令的回应，或者备设备连续5个查询周期接收不到主设备指令，需要自组网时，XX27-TF设备均周期性的发送组网指令，并且该设备指令数据区填充为全0；在任意一个自组网中，XX28-TF接收到组网指令后判断指令数据区无自身的地址，XX28-TF切换为自身数据发送有效的状态，关闭从后端XX28-TF接收数据并向前端XX28-TF转发的功能，并在1ms后(等待切换后链路稳定)将自身的地址封帧发送，此时只有物理地址最靠近XX27-TF的XX28-TF发送的自身的地址数据帧能被对应XX27-TF接收并被填充至数据区，同时分配ID，并在下一次发送组网指令时存储该设备的ID；XX27-TF设备继续发送组网指令，XX28-TF根据组网指令判断数据区已具有自身的地址，然后开启后端XX28-TF接收数据并向前端XX28-TF转发的功能，前后链路连通，并得到自身的节点ID，节点ID等于组网后数据区地址位置，用于后续通信的地址确认，XX27-TF与最靠近的XX28-TF组成可以通信的链式光通信网络；随着XX27-TF继续发送组网指令，最靠近上述已经组成的链式光通信网络的XX28-TF发送的自身地址也可以被接收并存储至数据区，同时存储该设备的ID，此台XX28-TF设备也可与该链式通信网络通信，然后继续将按照同样的方式将自组网中所有XX28-TF并入该链式光通信网络，最终实现自组网中的各台设备实现通信。
在备设备切换为主设备并自组网时，上行链路与下行链路发生了颠倒，如图2所示。为了保障备设备切换顺利进行，设定所有从设备时刻检测是否收到组网指令，从设备不但可以检测下行链路的数据，也能检测上行链路的数据。当任一个链路检测到组网指令，因为组网指令来自主设备或备设备，所以收到组网指令的链路为下行链路，所以该从设备认为当前的链路为自身的下行链路，另一链路为上行链路，因而解决了备设备切换为主设备之后，上行链路、下行链路颠倒的问题。
主设备与从设备约定自组网的工作过程如下：
(1)在触发自组网时，主设备发送同步指令5次，间隔20ms；
(2)XX28-TF设备接收到同步指令后均不做处理；
(3)如果备设备可接收到主设备的同步指令，说明两台XX27-TF设备同时在线，则依据两台XX27-TF各自的地址大小，确认此时的主备关系，主设备继续正常工作，备设备依旧处于休眠状态；
(4)如果备设备无法接收到主设备的指令或者主设备感应到链式光通信网络状态变化后发送同步指令且无回应时，XX27-TF设备各自周期性发送组网指令，且对应设备的数据区填充为全0；
(5)以其中一个自组网为例进行说明，为方便说明，设定该自组网包括一台XX27-TF设备、十二台XX28-TF设备，十二台XX28-TF设备接收到组网指令，然后判断数据区无自身的地址，切换为自身数据发送有效，关闭从后端XX28-TF接收数据并向前端XX28-TF转发的功能，并在lms后(等待切换后链路稳定)将自身的地址封帧发送；此时只有物理地址最靠近XX27-TF的XX28-TF发送的自身的地址数据帧能被XX27-TF接收；
(6)数据区填充接收到的上述最靠近XX27-TF的XX28-TF的自身地址，并将其节点ID定为1，设定该XX28-TF的ID编号为XX28-TF-1；
(7)XX27-TF设备继续发送组网指令并存储上述ID至指令数据区，XX28-TF-1接收到组网指令时，判断数据区有自身的地址，开启后端XX28-TF接收数据并向前端XX28-TF转发的功能，并得到自身的节点ID，节点ID相当于组网后数据区地址位置，用于后续通信的地址确认，XX28-TF-1与XX27-TF组成的链路连通；其他XX28-TF接收到组网指令时，判断数据区无自身的地址，切换为自身发送有效，关闭后端XX28-TF接收数据并向前端XX28-TF转发的功能，并在1ms后将自身的地址封帧发送；
(8)此时因为XX28-TF-1链路保持与XX27-TF通信通畅，因此其他XX28-TF中最靠近XX28-TF-1的XX28-TF发送的自身的地址数据帧能被XX27-TF接收；数据区填充接收到的上述最靠近XX28-TF-1的XX28-TF的地址，并将其节点ID定为2，设定该XX28-TF的ID编号为XX28-TF-2；
(9)XX27-TF设备继续发送组网指令，XX28-TF-2判断数据区有自身的地址，开启后端XX28-TF接收数据并向前端XX28-TF转发的功能，并得到自身的节点ID，节点ID等于组网后数据区地址位置，用于后续通信的地址确认，XX28-TF-2、XX28-TF-1、XX27-TF组成的链路连通，其他XX28-TF接收到组网指令时，判断数据区无自身的地址，切换为自身发送有效，关闭后端XX28-TF接收数据并向前端XX28-TF转发的功能，并在1ms后将自身的地址封帧发送；
(10)XX27-TF依次重复发送组网指令，按照步骤(8)至步骤(9)的规律，完成其他XX28-TF(XX28-TF-3至XX28-TF-12)的组网；
(11)XX27-TF发送组网指令，此时所有的XX28-TF均保持链路通畅且无XX28-TF发送自身地址以及没有设备对组网指令回应时，组网过程结束。
组网结束后，在XX27-TF数据区内，生成一张各个XX28-TF设备地址与ID的对应关系表，如表1所示，XX28-TF地址为各XX28-TF设备自身的地址，XX28-TF-ID为各XX28-TF在数据区中用于通信的地址，信息帧格式源地址/目的地址为各台XX28-TF设备发送信息帧时其中包含的源地址/目的地址。
表1XX28-TF地址与ID的对应关系表
XX28-TF地址 XX28-TF-ID 信息帧格式源地址/目的地址
0-255 1-12 1-12
后续XX27-TF以此表1作为各XX28-TF设备的地址，进行数据通信。
在特殊情况下，例如，在上电、链路故障、设备故障、设备并网等情况下，主设备与备设备可以控制整个网络的自组网以及自组网后的XX27-TF设备与XX28-TF设备的通信。整个链式光通信网络在下列两种情形中会触发备设备的介入，以链式光通信网络有三台从设备为例进行说明，即图中所示的从1、从2、从3。
第一种情形，该链式光通信网络中某个从设备的接收光路异常，如图3所示。从1设备的接收光路异常，同时该设备主动关闭其发送光路，此时主设备与备设备之间必然不能通信。当备设备连续5个查询周期接收不到主设备发送的同步指令时，则备设备启动自组网功能；主设备接收到从1设备的光通信网络状态变化，也启动自组网功能。两边各自触发开始自组网，整个系统分别组成一个独立的通信网络，即主设备与从1组成一个独立的通信网络，备设备与从2、从3组成一个独立的通信网络，此时，备设备从休眠状态转换为工作状态，相当于备设备转换为主设备，实现了设备之间链路出现故障后该链路的隔离，增加了通信网络的容错性。
第二种情形，主设备发生故障，如图4所示。主设备发生故障，主设备与从设备之间必然不能通信，当备设备连续5个查询周期接收不到主设备发送的指令，则备设备启动自组网功能，此时整个系统组成由备设备控制的通信网络，即备设备与从1、从2、从3组成一个独立的通信网络。
尽管已经展示和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种具有双主架构的新型链式光通信网络，包括链式连接的多个从设备、位于端部的主设备，其特征在于：还包括位于另一端部的备设备，备设备与主设备功能相同，均能发起自组网，主设备正常工作时，备设备处于休眠状态；正常工作模式下，从设备接收来自后端设备的信号并转发至前端设备，从设备的接收光路出现异常时，关闭该从设备的发送光路；备设备不能接收到主设备指令时，启动自组网，主设备接收到链式光通信网络发生变化时，启动自组网；主设备启动自组网前，间隔发送多次同步指令，若该链式光通信网络没有对该同步指令产生对应的回应，则主设备开启自组网，否则，则不开启自组网；备设备启动自组网前，对主设备指令进行多个查询周期，若接收不到主设备指令，则开启自组网，否则，则不开启自组网；启动自组网时，主设备和/或备设备周期性发送组网指令且其指令数据区填充为全0，对应的从设备判断指令数据区无自身地址，关闭转发功能并发送自身地址数据，主设备和/或备设备接收地址并存储至指令数据区后分配ID，并在下一次发送的组网指令中填充ID，从设备判断自身获得ID，关闭自身数据发送功能并开启转发功能；与对应的主设备或从设备直接连接的从设备直接将地址发送对应的主设备或从设备并存储在对应数据区中，该从设备检测到自身地址存储至数据区并获得ID后，关闭自身数据发送功能并开启转发功能，距离该从设备最近的从设备可以将自身地址发送并存储至数据区。
2.根据权利要求1所述的一种具有双主架构的新型链式光通信网络，其特征在于：所述主设备启动自组网前，发送同步指令5次，每次间隔20ms。
3.根据权利要求1所述的一种具有双主架构的新型链式光通信网络，其特征在于：所述备设备开启自组网前，对主设备指令连续进行5个查询周期。
4.根据权利要求1所述的一种具有双主架构的新型链式光通信网络，其特征在于：自组网时，所有所述从设备时刻检测是否收到组网指令，从设备既能检测下行链路的数据，也能检测上行链路的数据，若从设备从其中一条链路检测到组网指令，说明该链路为下行链路，则另一链路为上行链路。
5.根据权利要求1所述的一种具有双主架构的新型链式光通信网络，其特征在于：自组网结束后，主设备和/或备设备的数据区生成对应从设备自身地址与通信网络地址的对应表，用于后续通信。
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