CN204681397U - 一种高可靠性的光纤网络故障自愈装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高可靠性的光纤网络故障自愈装置，其特征在于，包括：FPGA，光开关，光电转换模块，电源模块，储能模块，电源管理模块，RS485接口，以太网数据接口；所述FGPA分别与所述的光电转换模块，电源管理模块，RS485接口，以太网数据接口连接，所述电源管理模块与所述储能模块和所述电源模块连接，所述光电转换模块连接所述光开关与所述FPGA。采用储能模块保证了通信处理设备故障或失电后能够继续保持FIFO中的数据，并把缓冲的数据继续转换为光信号继续发送到光纤链路上，减少了光路切换保护过程中的数据损坏和丢失，大幅提高了光网络的通信可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于光通信领域，涉及一种用于光纤网络故障自愈的装置。
背景技术
光开关是光纤网络的关键器件，主要用来实现光物理信号层面的路由选择、波长选择、光分插复用、光交叉连接和自愈保护等功能。在光开关的众多应用中，自愈保护功能是指在光信号处理器件或设备失电或故障时，能够通过光开关把光信号旁路到备用的链路，从而保持整个光纤网络的连通性。
目前，现有光通信网络中故障自愈装置采用如图1所示的结构，当通信处理设备正常工作时，光信号的传输路径是：A→B→C→E，而当通信处理设备故障或失电时，光开关器件把光信号切换到备用线路上，使得光信号的传输路径变为：A→D→E，从而实现网络故障自愈功能。
但现有技术存在以下问题，光开关是根据通信处理设备的状态，被动的对光信号进行切换，如果切换正好发生在数据传输过程中，则会导致数据损坏和丢失。这个缺陷在对通信可靠性要求不高的网络中导致的问题并不严重，但应用在类似核电厂反应堆控制保护系统中会导致严重后果。
发明内容
本实用新型克服上述现有技术的不足，提供一种高可靠性的光纤网络故障自愈装置，解决现有光开关自愈技术中存在的光路切换过程中数据损坏、丢失的问题。使光开关故障自愈功能具有更高的通信可靠性，从而可以应用于核安全级仪控系统的通信网络中。
为实现以上目的，本实用新型提供了以下技术方案：一种高可靠性的光纤网络故障自愈装置，其特征在于，包括：FPGA，光开关，光电转换模块，电源模块，储能模块，电源管理模块，RS485接口，以太网数据接口；所述FGPA分别与所述的光电转换模块，电源管理模块，RS485接口，以太网数据接口连接，所述电源管理模块与所述储能模块和所述电源模块连接，所述光电转换模块连接所述光开关与所述FPGA；其中，
FPGA，用于控制所述光开关切换工作模式，控制所述光电转换模块的初始化和数据通信，监视所述电源管理模块，接收所述RS485接口传输的控制信号；
光开关，用于接收所述FPGA控制，切换工作模式；
光电转换模块，用于完成光信号与电信号之间的转换；
电源模块，用于提供电能；
储能模块，用于存储电能，并在所述电源模块停止供电时提供电能；
电源管理模块，用于监视所述电源模块和所述储能模块的工作状态，当所述电源模块停止供电时切换由储能模块供电；
RS485接口，用于接收控制故障自愈装置的控制信号；
以太网数据接口，用于连接通信处理设备。
所述光开关为利用法拉第磁光效应的磁光开关。
所述FPGA通过MDIO接口对所述光电转换模块执行复位以及模式设置，通过MII接口与所述光电装换模块进行数据交互。
所述FPGA还监视故障自愈装置。
所述光开关的工作模式为旁通模式和转发模式，当处于旁通模式时，所述光开关将接收到的光信号直接发送给另一个光开关；处于转发模式时，所述光开关将从接收到的光信号发送给与其相连的所述光电转换模块。
当所述储能模块电量低于预先设定的阈值时，而且电源模块正常供电，所述储能模块存储电能。
所述RS485接口也可以向外输出故障自愈装置的工作状态和自诊断信息。
本实用新型采用了储能模块保证了通信处理设备故障或失电后能够继续保持FIFO中的数据，并把缓冲的数据继续转换为光信号继续发送到光纤链路上，减少了光路切换保护过程中的数据损坏和丢失，大幅提高了光网络的通信可靠性。
附图说明
图1现有技术中故障自愈装置的结构图；
图2高可靠性的光纤网络故障自愈装置结构图；
图3FPGA的逻辑结构示意图。
具体实施例
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
如图2所示，高可靠性的光纤网络故障自愈装置包括：FPGA，光开关，光电转换模块，电源模块，储能模块，电源管理模块，RS485接口，以太网数据接口。其中所述FGPA分别与所述的光电转换模块，电源管理模块，RS485接口，以太网数据接口连接，所述电源管理模块与所述储能模块和所述电源模块连接，所述光电转换模块连接所述光开关与所述FPGA。
磁光开关：磁光开关是利用法拉第磁光效应的光开关。所谓磁光效应是指线偏振光在磁性介质中传播时，受外磁场作用，其偏振面发生旋转的一种物理现象。磁光开关的优点是没有移动部分，低功率消耗，稳定可靠，开关速度快，工艺较简单。工作在锁定模式时，无需外部供电。故障自愈装置的两个磁光开关配合实现了旁通和转发两种工作模式。处于旁通模式时，磁光开关将接收到的外部光纤信号直接发送给另一个；处于转发模式时，磁光开关把从外部接收到的光纤信号发送给与其相连的光电转换模块。
光电转换模块：完成光信号和电信号之间的相互转换，通过MII接口和MDIO接口与FPGA连接，FPGA通过MDIO接口对光电转换模块执行复位以及模式设置等工作，通过MII接口与光电装换模块进行数据交互。
电源模块：将外部输入的24V电源转换为装置内部需要的5V、3.3V、1.2V电源。
储能模块：能够在电源模块停止供电时对装置提供电能；在储能模块的电量低于阀值，而电源模块正常供电时，可以存储电能。
电源管理模块负责监视外部电源和储能模块的工作状态，在电源模块停止输出电能时，切换储能模块输出电能，为装置供电，磁光开关切换完光路后，负责关闭耗电的器件。
RS485接口：可以接收其他设备输入的状态信息和控制信号，以此决定故障自愈装置的工作模式等；另外，RS485模块也可以向外输出故障自愈装置本身的工作状态和自诊断信息。
以太网数据接口：用于连接通信处理设备。
FPGA：故障自愈装置的核心模块，实现磁光开关的控制，光电转换模块的初始化和数据通信，电源管理模块的监视，RS485模块和MAC模块的初始化以及数据通信，根据电源管理模块的状态和RS485接收到的控制信号控制磁光开关的工作状态，同时还执行故障自愈装置的自监视功能。
高可靠性的光纤网络故障自愈装置原理如下:磁光开关的状态由FPGA控制，当电源模块正常供电时，光信号通过磁光开关进入光电转换模块，转变为数字信号后进入FPGA内部的FIFO缓冲，然后送到以太网数据接口，发送给通信处理设备。
当电源模块失电时，FPGA，光电转换模块和磁光开关由储能模块供电，FPGA把内部FIFO缓冲的数据发送到相应的光开关上，在接收完磁光开关上的一帧数据后，FPGA立即控制磁光开关执行光路切换，令其把光信号切换到另一个磁光开关。由于磁光开关工作在锁定模式，完成光路切换后，无需继续供电，所以故障自愈装置可以终止供电。
FPGA的逻辑结构示意图如图3所示：
1)OE_MANAGER模块完成光电转换装置的复位，初始化，实现光电转换装置的数据收发功能；
2)OS_CONTROLER模块控制磁光开关的光路开合状态
3)SND_FIFO，RCV_FIFO是FPGA内部例化出的发送和接收FIFO，用来缓存故障自愈装置处理的网络数据；
4)POWER_MONITOR模块监视装置的供电状态，判断是由外部供电，还是由储能模块供电；如果自愈装置由储能模块供电，则将磁光开关置于旁通工作模式，如果由外部供电，则将磁光开关置于转发工作模式；
5)RS485_MANAGER模块负责复位，初始化RS485模块，实现模块的数据收发功能；
6)ETH_MANAGER模块负责复位，初始化以太网MAC模块，实现模块的数据收发功能，以及以太网数据的组装与拆解；
7)MAIN_LOGIC模块实现故障自愈装置的核心逻辑，根据装置的供电状态和通过RS485模块接收到的控制信号决定磁光开关的工作模式：
i)如果装置由储能模块供电，使磁光开关工作在旁通模式；
ii)如果装置由外部供电，则根据RS485模块接收到的控制信号决定磁光开关的工作模式；
iii)在使磁光开关从转发模式切换到旁通模式前，把接收和发送FIFO中缓存的数据继续发送到磁光开关上；
另外，MAIN_LOGIC模块还实现了自愈装置的自监视功能，并定期将自监视结果通过RS485模块发送给通信处理设备。
以上详细说明了高可靠性的光纤网络故障自愈装置的结构和工作原理，给出了解决现有光开关自愈技术中存在的光路切换过程中数据损坏、丢失的问题。
本实用新型能够有效的减少光纤网络故障自愈装置在自愈保护切换过程中的数据损坏和丢失的情况，大幅提高光纤网络的通信可靠性，使之可以用于核电厂安全级仪控系统这类对 通信可靠性要求非常高的应用中。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高可靠性的光纤网络故障自愈装置，其特征在于，包括：FPGA，光开关，光电转换模块，电源模块，储能模块，电源管理模块，RS485接口，以太网数据接口；所述FGPA分别与所述的光电转换模块，电源管理模块，RS485接口，以太网数据接口连接，所述电源管理模块与所述储能模块和所述电源模块连接，所述光电转换模块连接所述光开关与所述FPGA；其中，
FPGA，用于控制所述光开关切换工作模式，控制所述光电转换模块的初始化和数据通信，监视所述电源管理模块，接收所述RS485接口传输的控制信号；
光开关，用于接收所述FPGA控制，切换工作模式；
光电转换模块，用于完成光信号与电信号之间的转换；
电源模块，用于提供电能；
储能模块，用于存储电能，并在所述电源模块停止供电时提供电能；
电源管理模块，用于监视所述电源模块和所述储能模块的工作状态，当所述电源模块停止供电时切换由储能模块供电；
RS485接口，用于接收控制故障自愈装置的控制信号；
以太网数据接口，用于连接通信处理设备。
2.根据权利要求1所述的故障自愈装置，其特征在于，所述光开关为利用法拉第磁光效应的磁光开关。
3.根据权利要求2所述的故障自愈装置，其特征在于，所述FPGA通过MDIO接口对所述光电转换模块执行复位以及模式设置，通过MII接口与所述光电装换模块进行数据交互。
4.根据权利要求2所述的故障自愈装置，其特征在于，所述FPGA还监视故障自愈装置。
5.根据权利要求2所述的故障自愈装置，其特征在于，所述光开关的工作模式为旁通模式和转发模式，当处于旁通模式时，所述光开关将接收到的光信号直接发送给另一个光开关；处于转发模式时，所述光开关将从接收到的光信号发送给与其相连的所述光电转换模块。
6.根据权利要求2所述的故障自愈装置，其特征在于，当所述储能模块电量低于预先设定的阈值时，而且电源模块正常供电，所述储能模块存储电能。
7.根据权利要求2所述的故障自愈装置，其特征在于，所述RS485接口也可以向外输出故障自愈装置的工作状态和自诊断信息。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107065609A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-08-18 | 广东大唐国际潮州发电有限责任公司 | 一种开关的控制系统及控制方法 |
| CN112449148A (zh) * | 2019-08-30 | 2021-03-05 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 摄像机、摄像机系统及数据传输系统 |
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