多路光矩阵切换保护设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种多路光矩阵切换保护设备，其光路部分采用N∶N-1光路矩阵切换模块，该模块采用99∶1光分路器分光采样，同时采用高度集成的1个N×N光开关和N个2×1光开关实现光路切换，由于该模块无需额外增加备用的光发设备和备用的光路，并能够直接获得N路传输光路，即能实现N路光输入与N路光输出，因而使得设备的成本、系统损耗和故障率也大大降低。
【专利说明】多路光矩阵切换保护设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤通信在线保护设备，具体涉及一种多路光矩阵切换保护设备。
【背景技术】
[0002]随着全球信息产业的兴起，光纤通讯的应用广泛化，成为现代通信的主要支柱之一。光纤设备的复杂化、大型化、以及无阻断通信的需求不断上升；大容量通信光缆网已接入千家万户，一旦通信受阻将会面临索赔以及失去客户的风险。随着现代光纤通信及微机电系统的发展，无阻断通信系统及产品技术已经成熟，光保护系统应运而生。光纤线路保护系统即光路保护系统利用了光纤通信技术和光开关技术，对光纤通信线路、旁路、环网进行智能保护或切换，从而实现无阻断通信的设备或系统。切换的工作原理是当探测到工作链路传输中断或性能劣化到一定程度后，系统切换设备将主信号自动转至备用信号系统来传输，从而使接收端仍能接收到正常的信号而感觉不到网络出现了故障。
[0003]在光纤传输系统中，由于现有多路光矩阵切换保护设备，其中的光路部分即光路矩阵切换模块一般用多个I X 2光开关级联成I X N光开关后，再用N个I X 2光开关的进行备份选择的组合方案，如图1所示，因而需要另设一台备用的信号源和一条备用光路，即多路光矩阵切换保护设备用于多路光发设备单台备份保护，如有4台光发设备则需要另外增加一台做备用，这样当4台光发中的其中任意一台设备出故障且备用设备正常时，通过全光交换仪会在毫秒级的时间内切换到备用设备上，让系统正常工作，并告警。若两台或者更多设备同时出现故障时，按优先级进行切换保护。虽然现有多路光矩阵切换保护设备，但额外增设的备用的光发设备和备用的光路既会增加成本增加，又会增加系统的损耗，又会增加系统故障率。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是现有多路光矩阵切换保护设备在使用时需要额外增加备用的光发设备和备用的光路，而导致的成本、系统损耗和故障率增加的不足，提供一种多路光矩阵切换保护设备。
[0005]为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种多路光矩阵切换保护设备，主要由微处理器控制模块、以及与微处理器控制模块相连的功率监测模块和光路矩阵切换模块组成。所述光路矩阵切换模块包括N个光分路器、N个光探测器、I个NXN光开关和N个2X I光开关；其中每个光分路器的合路输入端各与一路光输入口相连，每个光分路器的分路主输出端与NXN光开关的一个输入端相连；每个光分路器的分路辅输出端各经过一光探测器与功率监测模块的输入端相连；NXN光开关的N个输出端各接一路光输出口。功率监测模块的数据输出端与微处理器控制模块的数据输入端相连，微处理器控制模块的控制输出端连接NXN光开关的控制端和N个2 X I光开关的控制端。上述N为光输入口的个数。
[0007]上述方案中，所述N个光分路器均为99:1光分路器。
[0008]上述方案中，所述光探测器为PIN光电二极管。
[0009]上述方案中，I个NXN光开关和N个2 X I光开关集成封装在一起。
[0010]上述方案中，N的取值范围介于8?16之间。
[0011 ] 上述方案中，微处理器控制模块还进一步接有通信接口模块。
[0012]上述方案中，所述通信接口模块为支持TCP/IP、UDP、SNMP, HTTP、ICMP、TELNET和/或FTP网络协议的通信接口模块。
[0013]上述方案中，微处理器控制模块还进一步接有数据显示模块。
[0014]与现有相比，本发明的光路部分采用N:N-1光路矩阵切换模块，该模块采用99:1光分路器分光采样，同时采用高度集成的I个NXN光开关和N个2X I光开关实现光路切换，由于该模块无需额外增加备用的光发设备和备用的光路，并能够直接获得N路传输光路，即能实现N路光输入与N路光输出，因而使得设备的成本、系统损耗和故障率也大大降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为现有多路光矩阵切换保护设备的光路部分原理示意图。
[0016]图2为本发明多路光矩阵切换保护设备的整体结构示意图。
[0017]图3为图1中光路矩阵切换模块的原理示意图。
【具体实施方式】
[0018]一种多路光矩阵切换保护设备，如图2所示，主要由供电电源、以及与供电模块相连的微处理器控制模块、通信接口模块、数据显示模块、功率监测模块和光路矩阵切换模块组成。通信接口模块和数据显示模块连接在微处理器控制模块上。功率监测模块连接微处理器控制模块的输入端，微处理器控制模块的输出端连接光路矩阵切换模块。
[0019]供电电源为各模块进行供电，在本发明中，所述供电电源实施多电源备份，包含防瞬间浪涌电路，用于保护电源及其他控制电路模块。
[0020]通信接口模块负责提供通信接口(网口)与外界进行通信。在本发明中，通信接口模块支持网络远程管理，使用到TCP/IP、UDP、SNMP, HTTP、ICMP、TELNET、FTP等多种网络协议，以及RS232串口通信。
[0021]数据显示模块通过IXD显示屏显示设备的主要信息，使设备的使用操作更直观、方便。
[0022]光路矩阵切换模块负责对光路进行切换，实现传输透明。上述光路矩阵切换模块，如图3所示，包括N个光分路器、N个光探测器、I个NXN光开关和N个2X I光开关。其中每个光分路器的合路输入端各与一路光输入口相连，每个光分路器的分路主输出端与NXN光开关的一个输入端相连；每个光分路器的分路辅输出端各经过一光探测器与功率监测模块的输入端相连；NXN光开关的N个输出端各接一路光输出口。功率监测模块的数据输出端与微处理器控制模块的数据输入端相连，微处理器控制模块的控制输出端连接NXN光开关的控制端和N个2 X I光开关的控制端。上述N为光输入口的个数，其取值范围为4?16之间。在本发明优选实施例中,N的取值为8。在本发明中,N个光分路器均为99:1光分路器，采用99:1光分路器分光采样，其中99%的光信号输出到NX N光开关上，I %的光信号输出到光探测器上，以减少光路损耗。所述光探测器均采用了低噪声的PIN光电二极管作为探测器，PIN光电二极管能将对应光信号强弱转换成线性的电流信号。I个NXN光开关和N个2X I光开关集成封装在一起，以实现小型化封装，并有效降低光学部分的提起，并降低系统损耗。光开关部分采用采用机械锁定技术，提供光路切换设备掉电保持功能，确保设备意外掉电时光路能够维持正常工作状态。
[0023]功率监测模块负责对设备光输入口的光功率进行采样。在本发明中，功率采集部分采用高动态范围对数放大器进行高速光功率采集，并具有开启或关闭任意通道光功率采集的功能，以及光功率阈值可设置功能。对数放大器能将160dB甚至更宽的动态范围压缩到一个可以处理的线性电压范围，与传统的线性放大器相比，既避免了复杂的量程转换电路也简化了信号处理的过程。功率监测模块可设置成具有开启或关闭任意通道光功率采集功能、可预置光功率告警阈值功能、可实现多波长的光功率实时在线监控功能。
[0024]微处理器控制模块负责以上各个功能模块的协调管理工作，实现自动保护设备的功能。微处理器控制模块使用基于ARM体系架构的MCU芯片作为网络管理服务处理、数据采集、实时切换核心处理芯片。设备通过光探测器将光转为微电信息，再通过ADC采集，来实现对各主链路功率在线实时采集，通过处理芯片监控以及对数据的计算来达到链路保护作用。同时MCU芯片安装LINUX系统，利用LINUX具有的完善而强大的网络服务管理功能对整个设备网络管理性能进行全面的提升。
[0025]光发设备即光输入口输出的光信号经过99:1分光比的分路器,取1%的光信号进入探测器的光敏面，功率监测模块的对数放大器将流过PIN光电二极管的电流变成相对应线性电压输出，微处理器控制模块控制16位高精度AD模数转换器进行数据转换，采集到的数字信号经过数字滤波技术，滤除了 PCB线路板以及IC芯片本身的电磁干扰，可进一步提高系统的测试灵敏度指标。在实际光纤传输系统中，多路光矩阵切换保护设备用于多路光发设备单台备份保护，如有5台光发设备RO?R4，系统正常时RO输出的光信号经由TO输出，同理Rn输出的光信号经由Tn输出。当5台光发设备中的其中任意一台设备出故障时，微处理器控制模块会在毫秒级的时间内将光开关的光通路切换到其他设备上，让系统正常工作，并告警。如假设R3连接的设备出现故障，功率监测模块检测出R3发出的光功率异常，此时RO通道信号正常，那么切换模块将光信号RO连接至输出T3，而R3信号被切断，TO输出无信号。若两台或者更多设备同时出现故障时，按内嵌设置的优先级进行切换保护。
[0026]在本发明中，微处理器控制模块对光路矩阵切换模块采用内嵌光路多优先级模式设置方案，如序号优先模式、自定义优先级模式，以及自适应优先级模式等三种优先保护模式，确保重要光路得到优先保护等级。
[0027]序号优先模式为连接至Tl的设备优先级最高，其次是T2，以此类推，优先级最低的是Tn通道。当有两个通道以上的设备发生故障时，备用设备优先保护优先级高的通道，直至该设备恢复正常时如果另一故障通道仍未修复，则备用通道信号将切换至该通道。该优先模式比较直观和方便使用。
[0028]自定义优先级模式将N个设备按照客户规定的优先等级I至η的顺序排列，在该模式下Tl或者Tn的优先级不一定与下标η对应。该优先级保护模式对已经连接或者构架好的传输网络使用起来较方便。
[0029]自适应优先级保护模式初值为序号优先，当系统持续运行过程中，内嵌的预警算法模块会预算出每个光发设备的预警时间，根据该时间的长短来动态调整各通道的保护优先级。预警时间短的优先级提至最高，预警时间长的优先级最低。该优先级保护模式更贴近设备的实际运行情况。
[0030]系统默认优先级保护设置为序号优先。采用其他优先级模式可通过设置更改即可。
[0031]保护设备控制模块内嵌预告警算法模块，通过对前端光发设备的功率采样分析，预测光发设备由于器件老化导致功率降至告警阈值的使用寿命，为系统维护提供预警机制。
[0032]目前市面上保护设备保护算法均是基于设备意外情况下的调度算法，没有对保护的设备本身运行情况做跟踪及预警的功能。内嵌的预告警模块在可读写的ROM存储器中为每一个保护通道开辟一定字节的存储空间，用于存储通道数、采样间隔、数据量以及各数据点。
[0033]因激光器寿命一般较长，采样间隔不宜过短，一般以天为单位。假定采样间隔为一天，则光功率采集模块在一天中，采样光发设备的几个功率值，然后将平均功率作为当天的采样数据存入ROM存储器中。有N个通道则需对N个通道都需要采样后平均并存储数据，以及更新每个通道的数据量参数。当数据量随着时间的增加不断变大时，可将一周的采样数据压缩成一个数据点后存储，并同时跟新采样的间隔参数以及拟合函数的时间轴坐标值。
[0034]实际采样的数据是离散的数据点，必须通过拟合的算法找出这些离散点之间的内在规律，生成一条连续的曲线。发明中采用最小二乘法对数据进行拟合，多项式拟合函数会返回η次多项式的系数，并用降序排列的向量表示。
[0035]通过返回的系数就可以建立功率与时间关系的函数，P = P1T1VP2Tlri+…+ΡηΤ+Ρη+1，一般而言，多项式中η取5即可。通过拟合后的P(t)函数可以推算出功率降到告警值的时间，这样可以方便系统做好提前预防或者更换设备做参考，也可以为下一采样数据点的准确性做出判断，当下次采样数据与预算值相差太大10%以上时，模块发送告警信号，通知系统安排维修或者检测。
[0036]当某个通道的设备更换后，通过设置可以重置该通道的所有采样数据，然后重复整个上述算法流程。预警算法的植入做到了系统可预见以及防范于未然的功能。
【权利要求】
1.多路光矩阵切换保护设备，主要由微处理器控制模块、以及与微处理器控制模块相连的功率监测模块和光路矩阵切换模块组成；其特征在于:所述光路矩阵切换模块包括N个光分路器、N个光探测器、I个NXN光开关和N个2 X I光开关；其中每个光分路器的合路输入端各与一路光输入口相连，每个光分路器的分路主输出端与NXN光开关的一个输入端相连；每个光分路器的分路辅输出端各经过一光探测器与功率监测模块的输入端相连；NXN光开关的N个输出端各接一路光输出口 ； 功率监测模块的数据输出端与微处理器控制模块的数据输入端相连，微处理器控制模块的控制输出端连接NXN光开关的控制端和N个2X I光开关的控制端； 上述N为光输入口的个数。
2.根据权利要求1所述的多路光矩阵切换保护设备，其特征在于:所述N个光分路器均为99:1光分路器。
3.根据权利要求1所述的多路光矩阵切换保护设备，其特征在于:所述光探测器为PIN光电二极管。
4.根据权利要求1所述的多路光矩阵切换保护设备，其特征在于:1个NXN光开关和N个2 X I光开关集成封装在一起。
5.根据权利要求1所述的多路光矩阵切换保护设备，其特征在于:所述N的取值范围介于8?16之间。
6.根据权利要求1所述的多路光矩阵切换保护设备，其特征在于:微处理器控制模块还进一步接有通信接口模块。
7.根据权利要求6所述的多路光矩阵切换保护设备，其特征在于:所述通信接口模块为支持TCP/IP、UDP、SNMP, HTTP、ICMP、TELNET和/或FTP网络协议的通信接口模块。
8.根据权利要求1所述的多路光矩阵切换保护设备，其特征在于:微处理器控制模块还进一步接有数据显示模块。
【文档编号】H04B10/25GK104301031SQ201410599317
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】陈春明, 彭晖, 黄普劲, 唐勤勇 申请人:桂林市光隆光电科技有限公司