一种基于塑料光纤的数据通信方法与流程

本发明涉及用电信息采集系统本地数据传输领域，特别涉及一种基于塑料光纤的数据通信方法。

背景技术：

为提升市场响应快速化的水平，提高客户服务的质量，落实“精益化管理”的要求，逐步建立适应市场变化、快速反映客户需求的营销机制，必须实现电力用户用电信息的实时采集与监控，切实服务于营销管理和各项业务需求。用电信息采集系统，实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等重要信息的实时采集，及时、完整、准确地为信息系统提供基础数据，从而为企业经营管理各环节的分析、决策提供支撑，提升企业集约化、精益化和标准化管理水平，目前，这一套电力用户用电信息的实时采集与监控称为抄表系统(电能表采集)。

塑料光纤通信技术主要解决电力用户用电信息的实时采集与监控系统中最后“1公里”的系统解决方案之一，建立低压集抄系统中集中器设备到表计设备的通信信道，实现表计数据抄读，费率数据远程下发和远程拉合闸控制。塑料光纤技术相对原低压电力线窄带载波通信技术和微功率无线通信技术的系统解决方案，拥有独立通信介质和链路，具备速度快，可靠性高等特点。

现有塑料光纤通信方案主要有两种，不同点主要在中继级联方式不同。一种为硬件连接中继通信方式，塑料光纤通信模块一般采用按照两个光收发器件，两个收发器件的数据收发引脚采用硬件方式连接在一块，好处是数据中继转发由硬件电路完成，没有通信时延。另一种为软件中继通信方式，塑料光纤通信模块的两个光收发器件收发引脚都连接模块处理器，数据中继转发是通过处理器软件处理，模块处理器接收到一个光收发器数据帧后，先进行分析过滤，然后根据需要将数据从另一个光收发器件进行转发。

目前塑料光纤主要使用460nm蓝光和520nm红光通讯，塑料光纤对红光和蓝光的传输损耗为100db/km~160db/km。由于衰减比较大，塑料光纤不适合长距离通讯。在低压用户用电信息集抄系统应该中，采用通信节点中继级联方式，延伸了通信距离，达到了在集抄系统中使用的目的。采用中继级联方式，是以牺牲通信传输速度为代价的，数据经过中继转发一次，从整体看，速度降低1倍。这样在实际系统中中继级联级数是受到限制的，不能无限级联，目前常用系统的通信方案都是建议中继级别不能超过64级。基于中继级别的限制，实际应用场景中增加网关类设备，先用网络类设备组建1级网络，再通过网络类设备延伸组建2级网络。网络结构相对比较复杂，同时给后期运维增加难度。

目前常用塑料光纤通信方案一般采用硬件连接或者处理器进行软件中继通信，其中，采用硬件连接进行中继通信方案，是让单个光收发器处于单工工作模式，两个光收发器实现半双工收发，整个链路必须要连接为环路状态，网络结构固定，不能灵活进行网络分支，而且网络中出现一个节点故障后影响整个环路节点不能通信。采用处理器进行软件中继通信方案，单个光收发器可以实现半双工作，这样网络结构可以进行灵活布置，但是数据中继是通过数据帧为单位进行软件处理并转发，中继1级则速度降低1倍，基于应用通信速率的最低要求，网络中继级别被严格限制，超过限制中继级别后只能用网络类设备进行分隔网络降低中继级别。

技术实现要素：

本发明就是为了解决塑料光纤数据传输网络在低压用户用电信息采集系统中数据传输时延长，网络构建慢，网络故障诊断困难等问题。提供一种基于塑料光纤的数据通信方法，该方法是一种处理器进行软件中继通信方法，数据中继是通过以数据字节或者数据位为单位进行软件处理并转发，可以大大降低延迟。

本发明的技术方案是：一种基于塑料光纤的数据通信方法，塑料光纤网络采用软件中继通信方案的硬件架构，两个相邻两个光收发器的收发数据引脚直接连接处理器，保留了单个光收发器可以进行数据收发的功能；在所述的处理器控制下，两个相邻的光收发器中一个光收发器接收到一个字节数据或者一位数据后，在处理器内部进行缓存的同时，立即从另一个光收发器进行发送。

本发明中，两个相邻的光收发器中一个光收发器接收到一个字节数据或者一位数据后，在处理器内部进行缓存的同时，立即从另一个光收发器进行发送可以大大减少延迟。

进一步的，上述的基于塑料光纤的数据通信方法中：塑料光纤网络构建单线型或者环型或者混合型的结构。

进一步的，上述的基于塑料光纤的数据通信方法中：还包括基于字节流或者位流数据中继传输机制的快速网络学习方法，包括：

首先、主节点发起启动网络学习命令，并将该命令以广播方式发送到网络内所有节点，节点接收到网络学习命令后，进行学习模式；

随后、主节点开始发起报数流程，从主节点开始，主节点从0开始报数，后面的节点接收到0后加1往下报，直到末梢节点，如果是环形网络则回到主节点；

最后、主节点通过序号逐级收集节点信息，最终达到将整个网络节点分布的拓扑结构和中继信息学习到主节点目的。

进一步的，上述的基于塑料光纤的数据通信方法中：在塑料光纤网络在运行过程中，还包括在快速网络学习方法基础上，实现了网络故障精准定位的方法；

主节点不定期启动网络学习，将新学习到的网络拓扑结构和历史学习的拓扑结构进行对比，从而可以精准判断出网络在那条线路那个节点出现通信中断故障。

本发明中，基于字节流或者位流的数据中继转发机制，保证了网络数据进行中继转发的底时延，极大扩展了网络节点的中继级别，以此支撑简单的单环路塑料光纤网络结构在现场的应用，使网络的结构能够简单化，提高网络运行可靠性，降低了塑料光纤网络建设施工成本；快速网络学习算法，增加了网络故障的自愈能力；网络故障定位功能，提高了网络在后期的维护效率，节约人工排查人力成本。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明实施例1塑料光纤网络中，两相邻节点的连接结构示意图。

图2为本发明实施例1数据通信示意图。

图3为本发明实施例1塑料光纤网络单线型结构示意图。

图4为本发明实施例1塑料光纤网络环型结构示意图。

图5为本发明实施例1精准判断出网络在那条线路那个节点出现通信中断故障示意图。

具体实施方式

实施例1，本实施例同样采用软件中继通信方案的硬件架构，光收发器1和光收发器2收发数据引脚直接连接处理器，如图1所示，保留了单个光收发器可以进行数据收发的功能。

本实施例与目前电信息采集系统本地数据传输，用于不同的是采用了字节流传输的数据转发机制，也可以采用位流的数据转发机制，如图2所示，节点n4传输数据到主节点n0，中间需要节点n1、节点n2和节点n3进行数据中继转发。作为中继节点，节点n1、节点n2和节点n3不是将一个完整数据帧接收完成后再进行数据转发，而是在一个光收发器接收到1个字节数据后，在处理器内部进行缓存同时，立即从另一个光收发器进行发送。从节点n4传输1帧数据到节点n3是延时1个字节时间，传输到节点n2是延时2个字节时间，每增加1级中继中间只增加1个字节的延时，最终从节点n4传输到主节点n0数据延时时间是4个字节传输时间。以目前光收发器传输速率为1mbps计算，组建一个100级中继的塑料光纤网络，以uart传输协议，1个字节8位数据加上起始位和停止位共10位数据传输，数据中源头节点到末梢节点数据传输延时只有1.0ms。

基于本实施例的低延时的数据转发机制和单光收发器的半双工工作能力，在实际应用中可以将塑料光纤网络构建为如图3和图4所示的单线型和环型的结构，甚至可以是图3和图4的混合网络。作为主节点n0，需要进行网络学习，将整个网络的拓扑结构和各节点的中继关系学习到主节点，为网络数据传输和后期运行维护做准备。

本实施例采用了基于字节流数据中继传输机制的快速网络学习算法。主节点n0首先发起启动网络学习命令，并将该命令以广播方式发送到网络内所有节点，节点接收到网络学习命令后，进行学习模式。主节点待所有节点进入学习模式后，开始发起报数流程，从主节点n0开始，主节点n0从0开始报数，节点n1接收到0后加1往下报，直到末梢节点，如果是环形网络则回到主节点n0。经过一轮报数后，所有节点知道自己在所处网络的中继级别为分配序号。然后主节点n0通过序号逐级收集节点信息，最终达到将整个网络节点分布的拓扑结构和中继信息学习到主节点目的。

本发明实施例在快速网络学习算法基础上，实现了网络故障精准定位的方法。塑料光纤网络在运行过程中，可能会出现节点损坏或故障和光纤线路损坏中断等状况。主节点n0可以不定期启动网络学习，将新学习到的网络拓扑结构和历史学习的拓扑结构进行对比，从而可以精准判断出网络在那条线路那个节点出现通信中断故障。如图5所示，历史网络拓扑是n1到n6的环型网络，重新学习后变成了从主节点n1到节点n3和从节点n6到节点n4的两个线型网络，可以判断出节点n3和节点n4节点直接出现故障。