一种面向电网业务的光交换方法及网络的制作方法
【专利摘要】一种面向电网业务的光交换方法及网络。网络由核心主节点、核心从节点组成的核心层，边缘节点组成的边缘层，业务终端组成的接入层构成三层网络；具有特定结构的核心主节点与核心从节点顺次相连形成双纤环网，边缘节点与核心从节点连接，业务终端与边缘节点连接。光交换方法：不同核心从节点之间使用的不同波长，核心主节点具有网络中所有核心从节点使用波长的波长转换能力，连接相同核心从节点的边缘节点之间传送业务数据仅需通过共同连接的核心从节点，连接不同核心从节点的边缘节点之间传送业务数据需要通过主节点转发。本发明减少了网络链路配置中的人工作业成分，提高了网络的稳定性和生存性。
【专利说明】—种面向电网业务的光交换方法及网络
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤通信领域，尤其是一种面向电网业务的光交换方法及网络。
【背景技术】
[0002]在WDM乃至DWDM技术大大增加了光纤传输容量的情形下，光交换节点处的数据处理速率成为整个光网络速率和容量进一步提升的瓶颈。随着光分插复用器、光开关、波长转换器等器件的不断成熟，数据逐渐可以在光域实现交换而不需要经过电缓存。光交换技术打破了传统的光/电/光(0/E/0)交换固有的“电子瓶颈”，使交换节点的处理能力大大提升。
[0003]建立稳定、高效、安全的通信系统是实现智能电网的基本条件，智能电网的数据获取、保护和控制均由基础通信系统提供支持。由于电力业务要求通信系统稳定可靠、保护控制信息传送快速准确的传递，并且电力系统基础网络可能在电磁干扰、高温和机械负载等极端环境下工作，而光纤通信具有高效、稳定、抗干扰、延迟低、组网方式灵活等特点，因此光纤通信是构建智能电网比较理想的通信方式。采用光交换技术可以进一步提高网络带宽，减少网络链路配置中的人工作业成分，提高网络的稳定性和生存性，为智能电网业务提供稳定、高效、安全的基础传送网络。
[0004]在光交换网络理论基础基本成熟的条件下，本发明可以为未来智能变电站通信网络解决方案提供技术参考。
【发明内容】
[0005]本发明的首要目的在于为智能电网提供一种高效安全、易扩展、经济成本低的面向电网业务的光交换方法及网络。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种面向电网业务的光交换网络，包括:核心层、位于核心层外的边缘层和接入层，核心层由I个核心主节点MN、m个核心从节点组成,边缘层由m X η个边缘节点组成,接入层由至多m XnX k个业务终端组成，m、n、k为正整数,m表示网络中核心从节点个数，m ^ 32 ;n表示一个核心从节点可支持的边缘节点的最大数目，η < 16 ;k表示一个边缘节点可支持的业务终端的最大数目，k ( 16。
[0007]—种面向电网业务的光交换方法，连接相同核心从节点的边缘节点使用相同的波长，连接不同核心从节点的边缘节点使用不同的波长，不同核心从节点之间使用的波长不同；核心主节点具有该网络中所有核心从节点使用波长的波长转换能力；连接相同核心从节点的边缘节点之间传送业务数据仅需通过共同连接的核心从节点，连接不同核心从节点的边缘节点之间传送业务数据需要通过主节点转发，该网络依照以下步骤实现数据传送:
步骤I源业务终端发送业务数据，传送至所连接的边缘节点的发送模块；
步骤2边缘节点发送模块对业务数据进行信号处理后，业务数据发往核心从节点； 步骤3判断目的业务终端连接的边缘节点与源业务终端连接的边缘节点是否连接于同一个核心从节点，若是，进入步骤3a，若否，进入步骤3b.1 ；
步骤3a业务数据由核心从节点单播、组播或广播至目的业务终端连接的边缘节点； 步骤3b.1业务数据由核心从节点交换上路至核心层环网；
步骤3b.2业务数据经核心层环网传送至核心主节点时下路，核心主节点接收业务数
据；
步骤3b.3业务数据经核心主节点缓存处理后，使用目的业务终端连接的边缘节点所用的波长单播、组播或广播至核心层环网，该步骤利用核心主节点的波长转换功能和不同核心从节点之间使用的波长不同的网络结构实现核心主节点在全网的单播、组播或广播能力；
步骤3b.4业务数据在核心层环网中经过与目标业务终端连接的边缘节点连接的核心从节点下路单播、组播或广播至目标业务终端连接的边缘节点；
步骤4边缘节点的接收模块接收业务数据，经处理后将业务数据发送至目的业务终端。
[0008]业务终端与边缘节点之间业务数据以电信号或光信号方式传输，边缘节点与核心从节点、核心从节点之间、核心从节点与核心主节点之间的业务数据以光信号方式传输。
[0009]该网络与外网间通信时，业务终端将业务数据发送至核心主节点，核心主节点通过外网接口实现该网络与外网之间的通信。
[0010]本发明具有以下优势:
1.由于本发明中核心从节点采用的光交换矩阵具有组播/广播能力，使核心从节点具有在本节点内单播、组播或广播的能力，由于采用连接相同核心从节点的边缘节点使用相同的波长，连接不同核心从节点的边缘节点使用不同的波长，不同核心从节点之间使用的波长不同，核心主节点具有该网络中所有核心从节点使用波长的波长转换能力的网络结构，使核心主节点具有在全网单播、组播或广播的能力，一份业务数据从源业务终端传递至多个目的业务终端时仅需要一次组播传送，减少了网络的负载量，降低了网络的时延。
[0011]2.本发明在核心层环网采用波分复用技术，但仅将波长转换功能在主节点实现，并不需要在核心层中每个节点均具有波长转换能力，降低了成本。
[0012]3.核心主节点中第一 1X2光开关、第二 1X2光开关、第三1X2光开关、第四1X2光开关、第一光环行器、第二光环行器与第五1X2光开关，第六1X2光开关，第七1X2光开关，第八I X 2光开关、第三光环行器，第四光环行器共同实现核心环网中业务数据双纤双向的冗余保护功能:第一 1X2光开关、第二 1X2光开关在第一 1X2光开关切换至A、C端口相通状态，第二 I X 2光开关也切换至A、C端口相通状态与第一 I X 2光开关切换至B、C端口相通状态，第二 1X2光开关也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双纤保护；核心从节点中第三I X 2光开关、第四I X 2光开关在第三I X 2光开关切换至A、C端口相通状态，第四I X 2光开关也切换至A、C端口相通状态与第三I X 2光开关切换至B、C端口相通状态，第四I X 2光开关也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双向保护；第五I X 2光开关，第六I X 2光开关在第五I X 2光开关切换至A、C端口相通状态，第六I X 2光开关也切换至A、C端口相通状态与第五I X 2光开关切换至B、C端口相通状态，第六I X 2光开关也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双纤保护；第七1X2光开关、第八1X2光开关在第七1X2光开关切换至A、C端口相通状态，第八I X 2光开关也切换至A、C端口相通状态与第七I X 2光开关切换至B、C端口相通状态，第八I X 2光开关也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双向保护。利用核心主节点和核心从节点的结构，实现核心层环网双纤双向的冗余保护，网络的抗毁性大大增强。
[0013]4.本发明核心层中核心从节点并不采用光/电/光转换，采用数据载荷的全光交换方法解决了光/电/光转换中设备发热量大造成可靠性降低，设备易受变电站复杂电测环境干扰造成数据错误丢失等问题，提升了网络性能。
[0014]5.采用本发明中的网络结构，根据业务终端的个数和地理位置分布，可以按需增加边缘节点、核心从节点个数，网络具有良好的扩展性，利用光纤带宽大、保密性好的特点可以为智能电网业务提供高效安全的传送网络。
[0015]6.本发明中将不同业务数据载于不同波长信道上，利用不同波长信道在物理上独立的特性，实现了业务的物理隔离，为未来智能变电站通信网络解决方案提供技术支撑。[0016]7.本发明采用光交换技术可以进一步提高网络带宽，减少了网络链路配置中的人工作业成分，提高了网络的稳定性和生存性，降低了人工成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的网络结构框图；
图2为本发明的光交换方法流程图；
图3为本发明中核心主节点结构图；
图4为本发明中核心从节点结构图；
图5为本发明中边缘节点信号处理示意图；
图6为本发明中控制平面与交换平面交互示意图；
图7为面向电网业务组网应用方案实例。
【具体实施方式】
[0018]图1为本发明的网络结构框图。
[0019]一种面向电网业务的光交换网络，包括:核心层、位于核心层外的边缘层和接入层，核心层由I个核心主节点丽、m个核心从节点(SNpSN2'…、SNm)组成,边缘层由m X η个边缘节点组成，接入层由至多m XnX k个业务终端组成，m、n、k为正整数，m表示网络中核心从节点个数,m < 32 ；n表示一个核心从节点可支持的边缘节点的最大数目，η ( 16 ；k表示一个边缘节点可支持的业务终端的最大数目，k≤16。
[0020]如图1所示，核心层中核心主节点丽与核心从节点SN、核心从节点SN之间的1、2号端口使用G.652单模光纤顺次相连形成双纤环网，边缘节点EN使用G.652单模光纤与核心从节点SN的3至(n+2)号端口相连，一个核心从节点SN至多连接个η边缘节点ΕΝ，实际连接数目依需求而定。业务终端使用电缆或光纤与边缘节点EN连接，一个边缘节点EN至多连接k个业务终端，实际连接数目依需求而定。
[0021]如图1所示，核心从节点SN的波长信道分配包括静态配置和动态配置两种方式。静态配置方式，即系统预先为每个从节点指定一个固定的波长信道。如核心从节点SNl采用波长信道X1、核心从节点SN2采用波长信道λ 2、…、核心从节点SN9采用波长信道入9。该方式好处在于系统结构和管理控制简单，每个核心从节点SN只需要具备一个指定波长的上下路功能。动态配置方式，即系统可以根据网络实际情况动态地为每个核心从节点SN分配一个波长信道，各核心从节点SN可米用波长信道λ P λ2、…、λ9中的任意一个。动态方式对系统管理和控制的要求更高，需要一定的动态波长信道分配算法。在动态配置方式中，每个核心从节点SN需要具备任意波长的上下路功能，而相应的边缘节点EN也需要具有波长可调谐的光收发器。
[0022]一种面向电网业务的光交换方法，参考图1，每个核心从节点SN使用独立的波长，即连接相同核心从节点SN的边缘节点EN使用相同的波长，连接不同核心从节点SN的边缘节点EN使用不同的波长，不同核心从节点SN之间使用的波长不同；核心主节点MN具有该网络中所有核心从节点SN使用波长的波长转换能力；连接相同核心从节点SN的边缘节点EN之间传送业务数据仅需通过共同连接的核心从节点SN，连接不同核心从节点SN的边缘节点EN之间传送业务数据需要通过核心主节点MN转发。
[0023]图2为本发明的光交换方法流程图，该网络依照以下步骤实现数据传送:
一种面向电网业务的光交换方法，连接相同核心从节点的边缘节点使用相同的波长，连接不同核心从节点的边缘节点使用不同的波长，不同核心从节点之间使用的波长不同；核心主节点具有该网络中所有核心从节点使用波长的波长转换能力；连接相同核心从节点的边缘节点之间传送业务数据仅需通过共同连接的核心从节点，连接不同核心从节点的边缘节点之间传送业务数据需要通过主节点转发，该网络依照以下步骤实现数据传送:
步骤I源业务终端发送业务数据，传送至所连接的边缘节点的发送模块；
步骤2边缘节点发送模块对业务数据进行信号处理后，业务数据发往核心从节点；步骤3判断目的业务终端连接的边缘节点与源业务终端连接的边缘节点是否连接于同一个核心从节点，若是，进入步骤3a，若否，进入步骤3b.1 ；
步骤3a业务数据由核心从节点单播、组播或广播至目的业务终端连接的边缘节点； 步骤3b.1业务数据由核心从节点交换上路至核心层环网；
步骤3b.2业务数据经核心层环网传送至核心主节点时下路，核心主节点接收业务数
据；
步骤3b.3业务数据经核心主节点缓存处理后，使用目的业务终端连接的边缘节点所用的波长单播、组播或广播至核心层环网，该步骤利用核心主节点的波长转换功能和不同核心从节点之间使用的波长不同的网络结构实现核心主节点在全网的单播、组播或广播能力；
步骤3b.4业务数据在核心层环网中经过与目标业务终端连接的边缘节点连接的核心从节点下路单播、组播或广播至目标业务终端连接的边缘节点；
步骤4边缘节点的接收模块接收业务数据，经处理后将业务数据发送至目的业务终端。
[0024]业务终端与边缘节点之间业务数据以电信号或光信号方式传输，边缘节点与核心从节点、核心从节点之间、核心从节点与核心主节点之间的业务数据以光信号方式传输。该网络与外网间通信时，业务终端将业务数据发送至核心主节点，核心主节点通过外网接口实现该网络与外网之间的通信。
[0025]图3为本发明中核心主节点交换平面结构图，核心主节点MN包括:第一 1X2光开关I，第二 I X 2光开关2，第三I X 2光开关3，第四I X 2光开关4，第一光环行器5，第二光环行器6，解复用器7，复用器8，光接收器阵列9，光发送器阵列10和信号处理模块11 ;第
一1X2光开关I的A、B端口分别作为核心主节点的1、2号输入端口，第二 1X2光开关2的A、B端口分别作为核心主节点的1、2号输出端口，连接信号处理模块11的外网接口是交换网络与外网之间的通信接口 ；第一 1X2光开关I的C端口与光环行器5的a端口连接，第三1X2光开关3的A端口与光环行器5的b端口连接，第四1X2光开关4的B端口与第一光环行器5的c端口连接，第二 1X2光开关2的C端口与第二光环行器6的a端口连接，第三1X2光开关3的B端口与第二光环行器6的b端口连接，第四1X2光开关4的A端口与第二光环行器6的c端口连接，第三I X 2光开关3的C端口与解复用器7的输入端连接，解复用器7的输出端I至输出端m分别与光接收器阵列9的各输入端连接，光接收器阵列9的输出端I至输出端m与信号处理模块11的η个输入端连接,信号处理模块11的m个输出端分别与光发送器阵列10输入端I至输出端m连接,光发送器阵列10的各输出端与复用器8输入端I至输入端m连接；
第一 1X2光开关1、第二 1X2光开关2、第三1X2光开关3、第四1X2光开关4和第一光环行器5、第二光环行器6实现核心环网中业务数据双纤双向的冗余保护功能，第一 I X 2光开关1、第二 1X2光开关2在第一 1X2光开关I切换至A、C端口相通状态,第二 I X 2光开关2也切换至A、C端口相通状态与第一 1X2光开关I切换至B、C端口相通状态，第二1X2光开关2也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双纤保护；第三1X2光开关3、第四1X2光开关4在第三1X2光开关3切换至A、C端口相通状态，第四I X 2光开关4也切换至A、C端口相通状态与第三I X 2光开关3切换至B、C端口相通状态，第四1X2光开关4也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双向保护；解复用器7和复用器8实现核心环网中不同波长信道的分波、合波功能；光接收器阵列9、光发送器阵列10和信号处理模块11实现业务数据的缓存处理、竞争解决、波长转换和业务数据在核心环网中的单播/组播功能；
所述的核心主节点中具有控制平面，用于根据路由信息控制第一 1X2光开关1、第二1X2光开关2、第三1X2光开关3、第四1X2光开关4的交换状态。第一 1X2光开关的A、B端口分别作为核心主节点的1、2号输入端口，第二 1X2光开关的A、B端口分别作为核心主节点的1、2号输出端口，连接信号处理模块的外网接口是交换网络与外网之间的通信接口。核心主节点实现各核心从节点使用波长之间的转换功能。
[0026]图4为本发明中核心从节点交换平面结构图核心从节点包括:第五1X2光开关12，第六1X2光开关13，第七1X2光开关14，第八1X2光开关15，第三光环行器16，第四光环行器17，可重构分插复用器18和光交换矩阵19 ;第五1X2光开关12的A、B端口分别作为核心从节点的1、2号输入端口，第六1X2光开关13的A、B端口分别作为核心从节点的1、2号输出端口，核心从节点的3至n+2号输入端口分别与光交换矩阵19输入端连接，核心从节点的3至n+2号输出端口分别与光交换矩阵19输出端连接；第五1X2光开关12的C端口与第三光环行器16的a端口连接，第七1X2光开关14的A端口与第三光环行器16的b端口连接，第八I X 2光开关15的B端口与第三光环行器16的c端口连接，第六1X2光开关13的C端口与第四光环行器17的a端口连接，第七1X2光开关14的B端口与第四光环行器17的b端口连接，第八I X 2光开关15的A端口与第四光环行器17的c端口连接，第七1X2光开关14的C端口与可重构分插复用器18的I端口连接，第八1X2光开关15的C端口与可重构分插复用器18的II端口连接，可重构分插复用器18的III端口与光交换矩阵19的A端口连接，可重构分插复用器18的IV端口与光交换矩阵19的B端口连接；
第五1X2光开关12，第六1X2光开关13，第七1X2光开关14，第八1X2光开关15和第三光环行器16，第四光环行器17实现核心环网中业务数据双纤双向的冗余保护功能，第五I X 2光开关12，第六I X 2光开关13在第五I X 2光开关12切换至A、C端口相通状态，第六I X 2光开关13也切换至A、C端口相通状态与第五I X 2光开关12切换至B、C端口相通状态，第六1X2光开关13也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双纤保护；第七I X 2光开关14、第八I X 2光开关15在第七I X 2光开关14切换至A、C端口相通状态，第八1X2光开关15也切换至A、C端口相通状态与第七1X2光开关14切换至B、C端口相通状态，第八I X 2光开关15也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双向保护；可重构分插复用器18实现载于不同波长信道上的业务数据在核心环网中的上下路功能，光交换矩阵19实现业务数据在本核心从节点的单播/组播功倉泛;
所述的核心从节点中具有控制平面，用于根据路由信息控制第五1X2光开关12、第六I X 2光开关13、第七I X 2光开关14、第八I X 2光开关15和的光交换矩阵19的交换状态。所述的光交换矩阵19是(n+1) X (n+1)光交换矩阵，S卩(n+1)输入端口(n+1)输出端口的
光交换器件，具有单播/组播功能。
[0027]核心从节点实现网络中链路的动态配置，实现业务数据在光域的交换。
[0028]在本实施例中，与核心主节点MN相邻的一个核心从节点SN1的1、2号输入端口分别与核心主节点MN的1、2号输出端口连接，与核心主节点MN相邻的另一个核心从节点SNm的1、2号输出端口分别与核心主节点MN的1、2号输入端口连接，各对相邻核心从节点中的一个核心从节点的1、2号输出端口分别与相邻核心从节点中的另一个核心从节点的1、2号输入端口连接；各核心从节点分别与η个边缘节点连接，并且，核心从节点的3至n+2号输入端口分别与η个边缘节点的输出端连接，核心从节点的3至n+2号输出端口分别与η个边缘节点的输入端连接；每个边缘节点至多连接k个业务终端。核心层环网结构是双纤双向环网，在所述的核心层环网中，I条工作光纤和I条保护光纤，光信号在环网中顺时针或逆时针传送。
[0029]图5为本发明中边缘节点信号处理示意图，所述的边缘节点包含发送模块和接收模块，发送模块接收业务终端发送的业务数据，进行业务汇聚、标签处理、缓存控制和电光转换，将业务数据以光信号发送至核心从节点，接收模块接收由核心从节点交换的业务数据，进行光电转换、缓存控制、标签解析、业务拆装，将业务数据传送到业务终端。依以下步骤进行边缘节点EN信号处理:边缘节点EN的发送部分将源业务终端发出的源业务数据进行业务汇聚、标签处理、缓存控制、电光转换等步骤后发往与之相连的核心从节点SN ;边缘节点EN的接收部分将核心从节点SN转发的业务数据进行光电转换、缓存控制、标签解析、业务拆装等步骤后发往目标业务终端。
[0030]图6为本发明中控制平面与交换平面交互示意图，所述的核心主节点、核心从节点具有控制平面和交换平面，控制平面发送路由控制命令至交换平面，配置光交换节点的交换链路，路由控制命令由控制平面从交换平面中提取路由信息产生，或者由网络管理员下达。核心主节点MN、核心从节点SN具有节点控制平面和交换平面，控制平面可以用软件或硬件实现，硬件可以是FPGA，也可以是单片机。控制平面用硬件实现时，硬件根据获取的业务数据的源、宿地址，解析出正确的路由信息，控制交换平面动态配置网络链路，使业务数据正确传送；控制平面用软件实现时，网络管理员根据网络链路的具体需求，控制交换平面配置网络链路。控制平面与交换平面的通讯接口可以使用串口、I2C、USB接口或网口，使控制平面可以正确地将控制信息发送至交换平面，正确配置网络链路，业务终端之间的业务数据根据预先设置好的路由策略进行传输和交换，实现整个网络各节点的互连功能。
[0031]案例说明:
图7为面向电网业务组网应用方案实例，该网络由I个核心主节点MN和3个核心从节点SN顺次相连构成核心层环网，每个核心从节点SN连接2个边缘节点EN构成边缘层,每个边缘节点EN连接3个业务终端构成接入层。
[0032]在该网络中所有连接核心从节点SNl的边缘节点使用λ I波长信道，核心从节点SNl仅具有λ i波长信道的交换能力，所有连接核心从节点SN2的边缘节点使用λ 2波长信道，核心从节点SN2仅具有λ2波长信道的交换能力，所有连接核心从节点SN3的边缘节点使用入3波长信道，核心从节点SN3仅具有λ3波长信道的交换能力，核心主节点具有A1A2A3三种波长之间的转换能力。
[0033]如图7所示，在该网络中m等于3，η等于2，k等于3，设当前状态下核心层环网内环光纤(核心主节点和各核心从节点I端口连接的光纤)为工作光纤，外环光纤(核心主节点和各核心从节点2端口连接的光纤)为保护光纤，光信号在核心层环网中沿顺时针传送。连接相同核心从节点SN的边缘节点EN之间传送业务数据仅需通过共同连接的核心从节点SN。若连接边缘节点ENl.1的源业务终端向连接ENl.2的目标业务终端发送业务数据，该网络依照以下步骤实现数据传送:源业务终端发送业务数据至边缘节点ENl.1，边缘节点ENl.1经过汇聚、缓存等处理后使用λ i波长信道将业务数据发送至核心从节点SN1，核心从节点SNl将业务数据交换至边缘节点ENl.2，边缘节点ENl.2经光电转换等步骤进行业务拆装后，将业务数据送至目的业务终端。连接不同核心从节点SN的边缘节点EN之间传送业务数据需要通过核心主节点MN转发，以连接边缘节点ENl.1的源业务终端向连接边缘节点EN3.2的目的业务终端发送业务数据为例，该网络依照以下步骤实现数据传送:源业务终端发送业务数据至边缘节点ENl.1，边缘节点ENl.1经过汇聚、缓存等处理后使用λ:波长信道将业务数据发送至核心从节点SNl的3号输入端，载有业务数据λ i波长光数据流的进入核心从节点SNl中的光交换矩阵，交换至光交换矩阵的B端口输出，经过可重构分插复用器、第八1x2光开关、第四光环行器和第六1x2光开关至核心从节点SNl的I号输出端上路至环网，λ i波长光数据流传送到核心主节点I号输入端时，λ i波长光数据流下路，经第一 1x2光开关、第一光环行器、第三1x2光开关、解复用器、光接收器阵列后，核心主节点MN中信号处理模块接收到载于λ i波长信道的业务数据，经缓存处理后，信号处理模块控制光发送器阵列使用λ 3波长信道转发数据，经过复用器、第四1x2光开关、第二光环行器、第
二1x2光开关从核心主节点MN的I号输出端输出上路至环网，λ 3波长光数据流传送至核心从节点SN2时，λ 3波长光数据流经过第五1x2光开关、第三光环行器、第七1x2光开关、可重构分插复用器、第八1x2光开关、第四光环行器、第六1x2光开关从核心从节点SN2的I号输出端口输出，沿核心层环网λ 3波长光数据流传送至核心从节点SN3时，λ3波长光数据流经过第五1x2光开关、第三光环行器、第七1x2光开关、可重构分插复用器后下路至光交换矩阵，从光交换矩阵的A端口输入，光交换矩阵将λ 3波长光数据流交换至核心从节点SN3的4号输出端，载有业务数据的λ 3波长光数据流被边缘节点ΕΝ3.2接收，边缘节点ΕΝ3.2经光电转换等步骤进行业务拆装后，将业务数据送至目的业务终端。
[0034]智能变电站的业务主要有:G00SE，是一种面向通用对象的变电站事件，主要用于实现在多个智能电子设备(IED)之间的信息传递，包括传输跳合闸、连闭锁等多种信号(命令)，具有高传输成功概率；SV，即采样值，它基于发布/订阅机制，交换采样数据集中的采样值的相关模型对象和服务，以及这些模型对象和服务到IS0/IEC 8802-3帧之间的映射；MMS，是一种应用层协议，实现了出自不同制造商的设备之间具有互操作性，使系统集成变得简单方便，在智能电站中MMS用于监控网络。传统电交换的智能变电站组网时，数据业务通过VLAN隔离，应用本发明的交换网络和方法，数据业务在同一个光网络中通过不同波长物理隔离，例如GOOSE业务占用波长信道XpSV业务占用波长信道X2、MMS业务占用波长信道λ 3，GOOSE、SV、丽S业务共网，不同业务之间实现了物理隔离，如图7所示。
【权利要求】
1.一种面向电网业务的光交换网络,其特征在于,包括:核心层、位于核心层外的边缘层和接入层，核心层由I个核心主节点MN、m个核心从节点(SN1、SN2、…、SNm)组成，边缘层由m X η个边缘节点组成,接入层由至多m XnX k个业务终端组成，m、n、k为正整数，m表示网络中核心从节点个数,m ^ 32 ；n表示一个核心从节点可支持的边缘节点的最大数目，η≤16 ;k表示一个边缘节点可支持的业务终端的最大数目，k≤16。
2.根据权利要求1所述的面向电网业务的光交换网络，其特征在于:所述的核心主节点丽包括:第一 1X2光开关(1)，第二 1X2光开关(2)，第三1X2光开关(3)，第四1X2光开关(4)，第一光环行器(5)，第二光环行器(6)，解复用器(7)，复用器(8)，光接收器阵列(9),光发送器阵列(10)和信号处理模块(11);第一 1X2光开关(I)的A、B端口分别作为核心主节点的1、2号输入端口，第二 1X2光开关(2)的A、B端口分别作为核心主节点的1、2号输出端口，连接信号处理模块(11)的外网接口是交换网络与外网之间的通信接口 ;第一I X 2光开关(I)的C端口与光环行器(5 )的a端口连接，第三I X 2光开关(3 )的A端口与光环行器(5)的b端口连接，第四1X2光开关(4)的B端口与第一光环行器(5)的c端口连接，第二 1X2光开关(2)的C端口与第二光环行器(6)的a端口连接，第三1X2光开关(3)的B端口与第二光环行器(6)的b端口连接，第四1X2光开关(4)的A端口与第二光环行器(6 )的c端口连接，第三I X 2光开关(3 )的C端口与解复用器(7 )的输入端连接，解复用器(7)的输出端I至输出端m分别与光接收器阵列(9)的各输入端连接，光接收器阵列(9)的输出端I至输出端m与信号处理模块(11)的η个输入端连接,信号处理模块(11)的m个输出端分别与光发送器阵列(10)输入端I至输出端m连接，光发送器阵列(10)的各输出端与复用器(8)输入端I至输入端m连接； 第一 1X2光开关(I) 、第二 1X2光开关(2)、第三1X2光开关(3)、第四1X2光开关(4 )和第一光环行器(5 )、第二光环行器(6 )实现核心环网中业务数据双纤双向的冗余保护功能，第一 1X2光开关(I)、第二 1X2光开关(2)在第一 1X2光开关(I)切换至A、C端口相通状态，第二 1X2光开关(2)也切换至A、C端口相通状态与第一 1X2光开关(I)切换至B、C端口相通状态，第二 I X 2光开关(2)也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双纤保护；第三1X2光开关(3)、第四1X2光开关(4)在第三1X2光开关(3)切换至A、C端口相通状态，第四1X2光开关(4)也切换至A、C端口相通状态与第三1X2光开关(3)切换至B、C端口相通状态，第四1X2光开关(4)也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双向保护；解复用器(7)和复用器(8)实现核心环网中不同波长信道的分波、合波功能；光接收器阵列(9)、光发送器阵列(10)和信号处理模块(11)实现业务数据的缓存处理、竞争解决、波长转换和业务数据在核心环网中的单播/组播功能； 所述的核心主节点中具有控制平面，用于根据路由信息控制第一 1X2光开关(I)、第二1X2光开关(2)、第三1X2光开关(3)、第四1X2光开关(4)的交换状态。
3.根据权利要求2所述的面向电网业务的光交换网络，其特征在于:所述的核心从节点包括:第五1X2光开关(12)，第六1X2光开关(13)，第七1X2光开关(14)，第八1X2光开关(15)，第三光环行器(16)，第四光环行器(17)，可重构分插复用器(18)和光交换矩阵(19);第五1X2光开关(12)的A、B端口分别作为核心从节点的1、2号输入端口，第六1X2光开关(13)的A、B端口分别作为核心从节点的1、2号输出端口，核心从节点的3至n+2号输入端口分别与光交换矩阵(19)输入端连接，核心从节点的3至n+2号输出端口分别与光交换矩阵(19)输出端连接；第五1 X 2光开关(12)的C端口与第三光环行器(16)的a端口连接，第七1X2光开关(14)的A端口与第三光环行器(16)的b端口连接，第八1X2光开关(15)的B端口与第三光环行器(16)的c端口连接，第六1 X 2光开关(13)的C端口与第四光环行器(17)的a端口连接，第七I X 2光开关(14)的B端口与第四光环行器(17)的b端口连接，第八1X2光开关(15)的A端口与第四光环行器(17)的c端口连接，第七1X2光开关(14)的C端口与可重构分插复用器(18)的I端口连接，第八1X2光开关(15)的C端口与可重构分插复用器(18)的II端口连接，可重构分插复用器(18)的III端口与光交换矩阵(19)的A端口连接，可重构分插复用器(18)的IV端口与光交换矩阵(19)的B端口连接； 第五1X2光开关(12)，第六1X2光开关(13)，第七1X2光开关(14)，第八1X2光开关(15)和第三光环行器(16)，第四光环行器(17)实现核心环网中业务数据双纤双向的冗余保护功能，第五1 X 2光开关(12)，第六1 X 2光开关(13)在第五1X 2光开关(12)切换至A、C端口相通状态，第六1X 2光开关(13)也切换至A、C端口相通状态与第五1 X 2光开关(12)切换至B、C端口相通状态，第六1 X 2光开关(13)也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双纤保护；第七1X2光开关(14)、第八1X2光开关(15)在第七.1 X 2光开关(14)切换至A、C端口相通状态，第八1X 2光开关(15)也切换至A、C端口相通状态与第七1 X 2光开关(14)切换至B、C端口相通状态，第八1 X 2光开关(15)也切换至B、C端口相通状态两种模式下切换，实现核心环网的双向保护；可重构分插复用器(18)实现载于不同波长信道上的业务数据在核心环网中的上下路功能，光交换矩阵(19)实现业务数据在本核心从节点的单播/组播功能； 所述的核心从节点中具有控制平面，用于根据路由信息控制第五I X 2光开关(12)、第六1X2光开关(13)、第七1X2光开关(14)、第八1X2光开关(15)和的光交换矩阵(19)的交换状态。
4.根据权利要求3所述的面向电网业务的光交换网络，其特征在于:所述的光交换矩阵(19)是(n+1) X (n+1)光交换矩阵，即(n+1)输入端口(n+1)输出端口的光交换器件，具有单播/组播功能。
5.根据权利要求1所述的面向电网业务的光交换网络，其特征在于:所述的边缘节点包含发送模块和接收模块，发送模块接收业务终端发送的业务数据，进行业务汇聚、标签处理、缓存控制和电光转换，将业务数据以光信号发送至核心从节点，接收模块接收由核心从节点交换的业务数据，进行光电转换、缓存控制、标签解析、业务拆装，将业务数据传送到业务终端。
6.根据权利要求3所述的面向电网业务的光交换网络，其特征在于，与核心主节点MN相邻的一个核心从节点SN1的1、2号输入端口分别与核心主节点MN的1、2号输出端口连接，与核心主节点MN相邻的另一个核心从节点SNm的1、2号输出端口分别与核心主节点MN的1、2号输入端口连接，各对相邻核心从节点中的一个核心从节点的1、2号输出端口分别与相邻核心从节点中的另一个核心从节点的1、2号输入端口连接；各核心从节点分别与η个边缘节点连接，并且，核心从节点的3至n+2号输入端口分别与η个边缘节点的输出端连接，核心从节点的3至n+2号输出端口分别与η个边缘节点的输入端连接；每个边缘节点至多连接k个业务终端。
7.根据权利要求6所述的面向电网业务的光交换网络，其特征在于:所述核心层环网结构是双纤双向环网，所述的核心层环网有I条工作光纤和I条保护光纤，光信号在环网中顺时针或逆时针传送。
8.根据权利要求1、2或3所述的面向电网业务的光交换网络，其特征在于:所述的核心主节点、核心从节点具有控制平面和交换平面，控制平面发送路由控制命令至交换平面，配置光交换节点的交换链路，路由控制命令由控制平面从交换平面中提取路由信息产生，或者由网络管理员下达。
9.一种面向电网业务的光交换方法,其特征在于:连接相同核心从节点的边缘节点使用相同的波长，连接不同核心从节点的边缘节点使用不同的波长，不同核心从节点之间使用的波长不同；核心主节点具有该网络中所有核心从节点使用波长的波长转换能力；连接相同核心从节点的边缘节点之间传送业务数据仅需通过共同连接的核心从节点，连接不同核心从节点的边缘节点之间传送业务数据需要通过主节点转发，该网络依照以下步骤实现数据传送: 步骤I源业务终端发送业务数据，传送至所连接的边缘节点的发送模块； 步骤2边缘节点发送模块对业务数据进行信号处理后，业务数据发往核心从节点；步骤3判断目的业务终端连接的边缘节点与源业务终端连接的边缘节点是否连接于同一个核心从节点，若是，进入步骤3a，若否，进入步骤3b.1 ； 步骤3a业务数据由核心从节点单播、组播或广播至目的业务终端连接的边缘节点； 步骤3b.1业务数据由核心从节点交换上路至核心层环网； 步骤3b.2业务数据经核心层环网传送至核心主节点时下路，核心主节点接收业务数据； 步骤3b.3业务数据经核心主节点缓存处理后，使用目的业务终端连接的边缘节点所用的波长单播、组播或广播至核心层环网，该步骤利用核心主节点的波长转换功能和不同核心从节点之间使用的波长不同的网络结构实现核心主节点在全网的单播、组播或广播能力； 步骤3b.4业务数据在核心层环网中经过与目标业务终端连接的边缘节点连接的核心从节点下路单播、组播或广播至目标业务终端连接的边缘节点； 步骤4边缘节点的接收模块接收业务数据，经处理后将业务数据发送至目的业务终端。
10.根据权利要求9所述的一种面向电网业务的光交换方法，其特征在于:业务终端与边缘节点之间业务数据以电信号或光信号方式传输，边缘节点与核心从节点、核心从节点之间、核心从节点与核心主节点之间的业务数据以光信号方式传输。
11.根据权利要求9所述的面向电网业务的组网结构的光交换方法，其特征在于:该网络与外网间通信时，业务终端将业务数据发送至核心主节点，核心主节点通过外网接口实现该网络与外网之间的通信。
【文档编号】H04Q11/00GK103957477SQ201410202935
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】孙小菡, 郑宇 , 周谞, 朱敏, 张福鼎 申请人:东南大学