CN113660555A - 一种无源光网络的上联通道故障检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种无源光网络的上联通道故障检测系统，所述上联通道故障检测系统包括主用OLT设备、备用OLT设备、无源光网络监控保护装置、主用交换机、备用交换机以及主站系统，OLT设备、无源光网络监控保护装置与交换机依次相连，交换机通过光纤通信网与主站系统建立通信连接；所述无源光网络监控保护装置用于基于预设间隔分别向主用OLT设备、备用OLT设备、主用交换机、备用交换机发送测试信号，根据测试信号的反馈情况检测上联通道是否出现故障。监控保护装置可以通过无线通信技术及时通知主站系统控制OLT设备进行倒换，解决了光纤传输的上联通道故障后无法自动启动手拉手保护的问题。
Description
技术领域
本发明属于光纤网络故障检测领域，尤其涉及一种无源光网络的上联通道故障检测系统。
背景技术
无源光网络(Passive Optical Network，PON)是一种点到多点的光纤接入技术，可以利用局端单个光模块及光纤资源服务大量终端用户，特别适合配网环形或链型拓扑以节省光纤资源，降低系统整体成本。一个PON通常包括一个安装于中心控制站的光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)以及一批配套安装于用户场所的光网络单元(OpticalNetwork Unit，ONU)。电力系统中普遍采用手拉手类的组网结构，在该组网结构下，当环形组网中OLT PON口、ONU PON口、主干光纤、分支光纤、分光器异常时，能迅速做出判断，并进行保护倒换。
但是OLT设备上联口的以太网、光纤等接口一般在现实系统部署的时候会通过一个或者多个交换机、路由器等网络设备接入光纤通信网络，形成由OLT设备、交换机组成的上联通路，最终交换机通过光纤通信网络与后台的主站系统对接。当OLT上联通道出现故障的时候，由于与OLT连接的交换机并不会出现连接中断，因此无法触发手拉手保护倒换。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种无源光网络的上联通道故障检测系统，所述上联通道故障检测系统包括主用OLT设备、备用OLT设备、无源光网络监控保护装置、主用交换机、备用交换机以及主站系统，OLT设备、无源光网络监控保护装置与交换机依次相连，交换机通过光纤通信网与主站系统建立通信连接，所述无源光网络监控保护装置包括监控芯片、网络接口电路以及通信单元；
所述无源光网络监控保护装置用于基于预设间隔分别向主用OLT设备、备用OLT设备、主用交换机、备用交换机发送测试信号，根据测试信号的反馈情况检测上联通道是否出现故障。
可选的，所述主站系统用于接收无源光网络监控保护装置发送的故障告警信息，根据故障告警信息控制OLT设备的上联端口的开闭。
可选的，所述监控芯片通过UART串口与OTL设备连接；监控芯片通过ETH_MDI_AP引脚、ETH_MDI_AN引脚、ETH_MDI_BN引脚以及ETH_MDI_BP引脚连接网络接口电路，网络接口电路与交换机中的以太网芯片连接，监控芯片通过USB集线器连接通信单元。
可选的，在所述网络接口电路中：
电容C1的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_AP引脚，电容C1的第二端连接以太网芯片的TXOP0引脚；电容C2的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_AN引脚，电容C2的第二端连接以太网芯片的TXON0引脚；电容C3的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_BN引脚，电容C3的第二端连接以太网芯片的RXIP0引脚；电容C4的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_BP引脚，电容C4的第二端连接以太网芯片的RXIN0引脚；
电容C1的第二端和电容C2的第二端之间依次串联有电阻R1和电阻R2，电容C3的第二端和电容C4的第二端之间依次串联有电阻R3和电阻R4。
可选的，所述通信单元包括4G通信电路，在所述4G通信电路中：
4G模块的NC/RESET引脚连接监控芯片的LCD_DATA3/GPIO6_7引脚，4G模块的USB_DM引脚连接USB集线器的DM4引脚，4G模块的USB_DP引脚连接USB集线器的DP4引脚；
三极管Q1的发射极连接4G模块的VCC_3.3引脚，三极管Q1的集电极经电阻R6连接监控芯片的LCD_DATA0/GPIO6_4/UART1_TXD引脚，三极管Q1的基极和集电极之间连接有电容C5，电容C5分别与电阻R5、电容C6并联。
可选的，所述通信单元包括WIFI通信电路，在所述WIFI通信电路中：
WIFI模块的D+引脚连接USB集线器的DP3引脚，WIFI模块的D-引脚连接USB集线器的DM3引脚，WIFI模块的ANT引脚经电阻R7连接IPEX接口，IPEX接口外接天线，WIFI模块的GND1引脚和GND2引脚均接地，WIFI模块的VCC引脚接入3.3V电源，WIFI模块的VCC引脚还电容C7接地，电容C7分别与电容C8和电容C9并联。
可选的，所述无源光网络监控保护装置还包括加密芯片，加密芯片的SPIMRX引脚连接监控芯片的SPI1_SDO/GPIO2_5引脚，加密芯片的SPIMTX引脚连接监控芯片的SPI1_SDI/GPIO2_7引脚，加密芯片的SPIMFRM引脚连接监控芯片的SPI1_CSN0/GPIO2_6引脚，加密芯片的SPIMCLK引脚经电阻R9连接监控芯片的SPI1_SCLK/GPIO2_4引脚。
可选的，所述加密芯片的型号为CEIT_C5001/NC。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
在原有的无源光网络拓扑结构的基础上，在OLT设备和交换机之间设置了无源光网络监控保护装置，通过无源光网络监控保护装置按照预设的间隔时间向上联通路上的设备发送测试信号，根据是否接收到上联通路上的设备对测试信号的反馈判断是否出现故障，并且当上联通路中的某个环节出现中断时，无源光网络监控保护装置可以通过无线通信技术及时通知主站系统控制OLT设备进行倒换，解决了光纤传输的上联通道故障后无法自动启动手拉手保护的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为无源光网络的手拉手组网结构示意图；
图2为本发明实施例提出的上联通道故障检测系统的结构框图；
图3为本发明实施例提出的无源光网络监控保护装置中网络接口电路的电路图；
图4为本发明实施例提出的无源光网络监控保护装置中4G通信电路图；
图5为本发明实施例提出的无源光网络监控保护装置中WIFI通信电路图；
图6为本发明实施例提出的无源光网络监控保护装置中加密电路图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
如图1所示，PON网络常用的手拉手结构能够在不改变原有光纤网络结构的情况下实现光纤链路的保护，保护范围覆盖了从OLT PON口、主干光纤、光分路器到ONU整个系统的冗余保护。在基于手拉手结构的保护倒换方式中，设有两个OLT设备分别作为主用OLT设备和备用OLT设备，二者均处于工作状态，主用OLT设备会同步将业务信息备份到备用OLT设备上，因此在保护倒换过程中不会影响业务的正常进行。OLT设备具有双PON口，形成两个通信链路，当其中一个链路出现故障时能够自动切换到备用的通信链路上，并上报故障事件，防止业务中断。
为了解决上述问题，如图2所示，本实施例提出了一种无源光网络的上联通道故障检测系统，所述上联通道故障检测系统包括主用OLT设备、备用OLT设备、无源光网络监控保护装置、主用交换机、备用交换机以及主站系统，OLT设备、无源光网络监控保护装置与交换机依次相连，交换机通过光纤通信网与主站系统建立通信连接，所述无源光网络监控保护装置包括监控芯片、网络接口电路以及通信单元；
所述无源光网络监控保护装置用于基于预设间隔分别向主用OLT设备、备用OLT设备、主用交换机、备用交换机发送测试信号，根据测试信号的反馈情况检测上联通道是否出现故障。
本实施例设置有两个无源光网络监控保护装置，分别与主用设备OLT-A、备用设备OLT-B上行连接，OLT设备通过无源光网络监控保护装置后与交换机等光纤传输设备对接，使无源光网络监控保护装置能够及时发现出现在无源光网络的上联通道的故障，进而及时通知主站系统控制OLT设备进行倒换接入备用链路上，保证了无源光网络的正常通信传输功能。
所述监控芯片通过UART串口与OTL设备连接；监控芯片通过ETH_MDI_AP引脚、ETH_MDI_AN引脚、ETH_MDI_BN引脚以及ETH_MDI_BP引脚连接网络接口电路，网络接口电路与交换机中的以太网芯片连接，监控芯片通过USB集线器连接通信单元。
如图3所示，在所述网络接口电路中：电容C1的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_AP引脚，电容C1的第二端连接以太网芯片的TXOP0引脚；电容C2的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_AN引脚，电容C2的第二端连接以太网芯片的TXON0引脚；电容C3的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_BN引脚，电容C3的第二端连接以太网芯片的RXIP0引脚；电容C4的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_BP引脚，电容C4的第二端连接以太网芯片的RXIN0引脚；电容C1的第二端和电容C2的第二端之间依次串联有电阻R1和电阻R2，电容C3的第二端和电容C4的第二端之间依次串联有电阻R3和电阻R4。
无源光网络监控保护装置通过ETH网口与交换机建立通信，针对ETH网口故障，本实施例中由ETH_MDI_AN引脚和ETH_MDI_AP引脚与交换机构成另一路通信链路，由ETH_MDI_BN引脚和ETH_MDI_BP引脚与交换机构成另一路通信链路，当监控芯片检测到其中一个ETH网口出现故障时，通过通信单元将故障信息上传至主站系统，由主站系统控制OLT设备切换到另一路通信链路上，从而保证无源光网络的正常通信功能。针对交换机故障，本实施例设置两个无源光网络监控保护装置分别连接到主用OLT设备和备用OLT设备，两个无源光网络监控保护装置分别连接两个交换机，其中一个交换机为主用交换机，另一个为备用交换机，并且两个无源光网络监控保护装置之间通过通信单元同步数据。当其中一个无源光网络监控保护装置检测到相连的交换机出现故障时，主站系统将控制启动备用交换机。
所述主站系统用于接收无源光网络无源光网络监控保护装置发送的故障告警信息，根据故障告警信息控制OLT设备的上联端口的开闭。在上联通路的故障检测与保护倒换过程中，无源光网络监控保护装置通过UART串口每秒对OLT-A设备发送测试信号，若连续3次在预设时间内未收到OLT-A设备反馈给无源光网络监控保护装置的信号，则确定OLT-A设备与无源光网络监控保护装置之间的通路出现故障，无源光网络监控保护装置通过通信单元向主站系统发送倒换请求后，主站系统控制无源光网络监控保护装置关闭OLT-A设备上联端口的link，同时打开OLT-B设备的上联端口，实现上联通路的保护倒换。在本实施例中，倒换后10-20s后再次打开OLT-A设备上联端口的link，再次通过发送测试信号检测故障是否消除，若消除则恢复OLT-A设备所在的上联通路，否则继续使用OLT-B设备所在的上联通路。无源光网络监控保护装置通过ETH网口每秒对交换机发送测试信号，其测试过程与OLT设备同理，此处不再赘述。
在本实施例中，无源光网络监控保护装置通过通信单元与无源光网络的主站系统进行无线通信，支持4G通信和WIFI通信两种无线通信方式，因此所述通信单元包括4G通信电路和WIFI通信电路。
如图4所示，在所述4G通信电路中：4G模块的NC/RESET引脚连接监控芯片的LCD_DATA3/GPIO6_7引脚,LCD_DATA3/GPIO6_7引脚处的网络标号为RESET-4G，4G模块的USB_DM引脚连接USB集线器的DM4引脚，DM4引脚处的网络标号为USB_4G_N，4G模块的USB_DP引脚连接USB集线器的DP4引脚,DP4引脚处的网络标号为USB_4G_P；三极管Q1的发射极连接4G模块的VCC_3.3引脚，三极管Q1的集电极经电阻R6连接监控芯片的LCD_DA TA0/GPIO6_4/UART1_TXD引脚，LCD_DATA0/GPIO6_4/UART1_TXD引脚处的网络标号为4G_POWER_RESET，三极管Q1的基极和集电极之间连接有电容C5，电容C5分别与电阻R5、电容C6并联。
NC/RESET引脚用于控制4G模块的复位，USB_DM引脚、USB_DP引脚用于与USB集线器构成物理连接，并与将4G模块通过USB接口连接到监控芯片。在本实施例中，所述USB集线器通过DP0引脚和DM0引脚连接到监控芯片的USB引脚上。同时，监控芯片还通过LCD_DATA0/GPIO6_4/UART1_TXD引脚为4G模块供电，此时三极管Q1导通。
如图5所示，在所述WIFI通信电路中：WIFI模块的D+引脚连接USB集线器的DP3引脚，DP3引脚处的网络标号为USB_DP_WIFI，WIFI模块的D-引脚连接USB集线器的DM3引脚，DM3引脚处的网络标号为USB_DM_WIFI，WIFI模块的ANT引脚经电阻R7连接IPEX接口J1，IPEX接口J1外接天线，IPEX接口J1的GND1引脚和GND2引脚接地，WIFI模块的GND1引脚和GND2引脚均接地，WIFI模块的VCC引脚接入3.3V电源，WIFI模块的VCC引脚还电容C7接地，电容C7分别与电容C8和电容C9并联，起到滤波作用。
WIFI模块通过D+引脚、D-引脚分别接入USB集线器，所述USB集线器通过DP0引脚和DM0引脚连接到监控芯片的USB引脚上。WIFI模块接收到监控芯片发送的数据后，经IPEX接口外接的天线传输信息，实现WIFI无线传输。
为了及时通知相关工作人员发现上联通路的故障，本实施例所述的无源光网络监控保护装置还包括告警电路，在所述告警电路中：三极管Q2的集电极连接电铃LS的第一引脚，电铃LS的第二引脚接地，三极管Q2的发射极接入3.3V电源，三极管Q2的基极经电阻R8连接监控芯片的LCD_DATA12/GPIO8_0/LCD_DATA4引脚，网络标号为BEE。当无源光网络监控保护装置检测出故障时，监控芯片会通过LCD_DATA12/GPIO8_0/LCD_DATA4引脚发出驱动信号，使三极管Q2导通，进而接通电铃LS发出故障告警。
如图6的加密电路图所示，为了提高无源光网络监控保护装置的安全性，本实施例所述的无源光网络监控保护装置还包括加密芯片，加密芯片的SPIMR X引脚连接监控芯片的SPI1_SDO/GPIO2_5引脚，作为SPI总线的SPI_SDO线，加密芯片的SPIMTX引脚连接监控芯片的SPI1_SDI/GPIO2_7引脚，作为SPI总线的SPI_SDI线，加密芯片的SPIMFRM引脚连接监控芯片的SPI1_CSN0/GP IO2_6引脚，作为SPI总线的SPI_CSNO线，加密芯片的SPIMCLK引脚经电阻R9连接监控芯片的SPI1_SCLK/GPIO2_4引脚，作为SPI总线的SPI_MCLK线。加密芯片的GND引脚、GND1引脚和GND2引脚均接地，加密芯片的VCC1引脚、VCC2引脚和VCC3引脚均接3.3V电源。
通过SPI总线实现监控芯片与加密芯片之间的数据交换，加密芯片通过SPIMRX引脚接收监控芯片发送来的待加密数据，经加密芯片内置的加密算法处理后，通过SPIMTX引脚将加密后的数据发送回监控芯片。后续监控芯片将加密后的数据通过通信单元上传至主站系统，避免数据在通信单元的无线传输过程中被恶意盗取或篡改，满足了无源光网络监控保护装置的安全需求。本实施例中，所述加密芯片的型号为CEIT_C5001/NC。本实施例中所述加密芯片中内置的加密算法为不可逆的非对称加密算法。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无源光网络的上联通道故障检测系统，其特征在于，所述上联通道故障检测系统包括主用OLT设备、备用OLT设备、无源光网络监控保护装置、主用交换机、备用交换机以及主站系统，OLT设备、无源光网络监控保护装置与交换机依次相连，交换机通过光纤通信网与主站系统建立通信连接，所述无源光网络监控保护装置包括监控芯片、网络接口电路以及通信单元；
所述无源光网络监控保护装置用于基于预设间隔分别向主用OLT设备、备用OLT设备、主用交换机、备用交换机发送测试信号，根据测试信号的反馈情况检测上联通道是否出现故障。
2.根据权利要求1所述的一种无源光网络的上联通道故障检测系统，其特征在于，所述主站系统用于接收无源光网络监控保护装置发送的故障告警信息，根据故障告警信息控制OLT设备的上联端口的开闭。
3.根据权利要求1所述的一种无源光网络的上联通道故障检测系统，其特征在于，所述监控芯片通过UART串口与OTL设备连接；监控芯片通过ETH_MDI_AP引脚、ETH_MDI_AN引脚、ETH_MDI_BN引脚以及ETH_MDI_BP引脚连接网络接口电路，网络接口电路与交换机中的以太网芯片连接，监控芯片通过USB集线器连接通信单元。
4.根据权利要求1所述的一种无源光网络的上联通道故障检测系统，其特征在于，在所述网络接口电路中：
电容C1的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_AP引脚，电容C1的第二端连接以太网芯片的TXOP0引脚；电容C2的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_AN引脚，电容C2的第二端连接以太网芯片的TXON0引脚；电容C3的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_BN引脚，电容C3的第二端连接以太网芯片的RXIP0引脚；电容C4的第一端连接监控芯片的ETH_MDI_BP引脚，电容C4的第二端连接以太网芯片的RXIN0引脚；
电容C1的第二端和电容C2的第二端之间依次串联有电阻R1和电阻R2，电容C3的第二端和电容C4的第二端之间依次串联有电阻R3和电阻R4。
5.根据权利要求1所述的一种无源光网络的上联通道故障检测系统，其特征在于，所述通信单元包括4G通信电路，在所述4G通信电路中：
4G模块的VC/RESET引脚连接监控芯片的LCD_DATA3/GPIO6_7引脚，4G模块的USB_DM引脚连接USB集线器的DM4引脚，4G模块的USB_DP引脚连接USB集线器的DP4引脚；
三极管Q1的发射极连接4G模块的VCC_3.3引脚，三极管Q1的集电极经电阻R6连接监控芯片的LCD_DATA0/GPIO6_4/UART1_TXD引脚，三极管Q1的基极和集电极之间连接有电容C5，电容C5分别与电阻R5、电容C6并联。
6.根据权利要求1所述的一种无源光网络的上联通道故障检测系统，其特征在于，所述通信单元包括WIFI通信电路，在所述WIFI通信电路中：
WIFI模块的D+引脚连接USB集线器的DP3引脚，WIFI模块的D-引脚连接USB集线器的DM3引脚，WIFI模块的ANT引脚经电阻R7连接IPEX接口，IPEX接口外接天线，WIFI模块的GND1引脚和GND2引脚均接地，WIFI模块的VCC引脚接入3.3V电源，WIFI模块的VCC引脚还电容C7接地，电容C7分别与电容C8和电容C9并联。
7.根据权利要求1所述的一种无源光网络的上联通道故障检测系统，其特征在于，所述无源光网络监控保护装置还包括加密芯片，加密芯片的SPIMRX引脚连接监控芯片的SPI1_SDO/GPIO2_5引脚，加密芯片的SPIMTX引脚连接监控芯片的SPI1_SDI/GPIO2_7引脚，加密芯片的SPIMFRM引脚连接监控芯片的SPI1_CSN0/GPIO2_6引脚，加密芯片的SPIMCLK引脚经电阻R9连接监控芯片的SPI1_SCLK/GPIO2_4引脚。
8.根据权利要求7所述的一种无源光网络的上联通道故障检测系统，其特征在于，所述加密芯片的型号为CEIT_C5001/NC。
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