一种基于冗余式接驳盒的海底观测网络系统的制作方法

1.本发明涉及一种基于冗余式接驳盒的海底观测网络系统，属于光电传输技术领域。


背景技术：

2.我国是海洋大国，拥有漫长的海岸线和丰富的海洋资源，近年来国家大力发展海洋经济，为了实现长期原位做好海洋科学研究，以及建立水下灾害预警，需要为水下设备提供长期、高质量、稳定、大带宽的光通信信道，并为水下科学观测仪器提供稳定的电源供应。水下观测网主要由岸基站、海底主次接驳盒、水下综合站点、光电复合海缆、分支器和中继器等组成。
3.由于海底使用环境存在腐蚀严重、海水压力大、水下生物侵扰、地壳活动频繁等问题。水下观测系统主干网使用高压直流供电时，对海缆故障的抵抗能力较弱，负载出现缆线断裂或接地故障时，整个水下主节点容易陷入瘫痪。水下通信系统除了解决最基本的通信功能外最主要还需解决低压通信舱的可靠性问题。对于海底观测网络来讲，电能可从陆地岸基站采用骨干网以直流高压电流通过逐级降压的形式输送到水下主节点，光信号可从陆地岸基站采用光传输设备通过光中继器进行功率放大传送到水下主节点。
4.由于水下观测设备所需光电接口的标准不同，而且水下通信单板规格不同、数量多、线路复杂，在深海海底恶劣的使用环境下在有限的耐压舱体空间中，该系统的设计、加工、生产、维护的难度极大。传统水下低压通信舱中有源器件采用陆地商用设计，稳定性方面存在问题，以及管理通道占用业务通道的设计导致业务传输质量无法保证。传统低压通信舱设计无法保证系统稳定工作25年以上。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于冗余式接驳盒的海底观测网络系统，解决现有低压通信舱在网络中的健壮性问题以及稳定性问题。
6.本发明的技术方案如下：一种基于冗余式接驳盒的海底观测网络系统，其特征是，将低压通信舱的关键模块及关键线路进行冗余备份，在出现业务故障时可不中断业务情况下实现自动切换；另外，采用dwdm密集波分复用技术，对不同业务通过不同波长进行划分，采用独立通道。其中，信息汇聚模块、时钟管理模块为关键模块，关键线路为这些模块上连接的光纤线路或电路控制线路。
7.进一步地，所述低压通信舱位于水下主节点接驳盒内，包括主干穿舱器、分光器件、主备两个信息汇聚模块、主备两个时钟管理模块、光滤波器、低压控制电路。信息汇聚模块和时钟管理模块采用主次双备份,在出现业务故障时可不中断业务情况下实现自动切换。
8.所述低压通信舱采用dwdm密集波分复用技术，采用不同波长光信号分别与信息汇
聚模块和时钟管理模块的xpf或sfp可热插拔光模块进行光信号对接。
9.进一步地，将水下主节点中的光电分离舱连接两路水密光缆，其中一路水密光缆将光信号由主干穿舱器输出至低压通信舱，另一路水密光缆将高压直流电输出至中压变换舱，再由中压变换舱变换为中压直流电源后由水密电缆经过主干穿舱器输出至低压通信舱。
10.进一步地，主备两个信息汇聚模块采用10/100gbit/s otn模块或10gbit/s2层交换模块为水下科学仪器提供数据上传和转发（业务波长信号以及次级接驳盒相关业务信号通过信息汇聚模块进行处理并转发）。信息汇聚模块在水下既可以使用根据水下使用环境定制开发的100gbit/s otn模块，也可以更换为2层交换模块，通过otn模块或交换机模块进行光信号传输，单波容量可达到10gbit/s，最高可达到100gbit/s。
11.进一步地，主备两个时钟管理模块为湿插拔接口对接的水下科学仪器提供带外管理通道和时钟校准（时钟信号、管理信号、环境监控信号、电路控制信号以及次级接驳盒内时钟信号、管理信号、环境监控信号、电路控制信号均通过时钟管理模块进行处理并转发）。
12.进一步地，所述分光器件实现特定波长上下话路，可实现固定波长光信号的过滤实现光路交换和光交叉复用功能。
13.进一步地，所述光滤波器将光信号合并，光滤波器可实现信息汇聚模块和时钟管理模块主备两路光信号并发选收通道保护功能。
14.进一步地，所述低压控制电路采集中压变换舱和低压通信舱的漏水、温湿度、三维姿态信息并转发给主控电路，同时对中压电力进行监控和控制，实现中压电路功率监控及负载电力控制以及隔离保护，并为低压通信舱内电路和模块提供工作电力。其中，主控电路可采集中压控制电路、功率检测及分配电路中的状态信息并控制电路开关以及功率调整。
15.进一步地，所述低压通信舱的输出端经过次级穿舱器与湿插拔接口连接。所述次级穿舱器实现光纤与高压电缆的进出并保证高压条件下水密性，可耐高压和高水压并将2路光信号与1路电力缆连接后穿出舱体外。
16.进一步地，所述湿插拔接口集成光电线路，并可借助水下机器人rov在海底接驳盒上直接对观测设备插座模块进行热插拔。
17.本发明工作原理如下：低压通信舱外部两路水密光缆分别通过主干穿舱器将2路光纤信号输入到分光器件、中压直流电输入到低压控制电路；其中，分光器件将特定波长的光信号分别接入到主备两个信息汇聚模块和主备两个时钟管理模块；主备两个信息汇聚模块,可采用2层交换机或10/100gbit/s otn设备,可将输出的光纤信号通过光纤接入到光滤波器，主备两个时钟管理模块将输出的光纤信号通过光纤接入到另一路光滤波器，然后两路光滤波器信号通过光纤输出到次级穿舱器，再通过次级穿舱器输出到湿插拔接头，可借助水下机器人rov在海底接驳盒上直接对观测设备插座模块进行热插拔；其中，低压控制电路输出低压直流给数据交换机、时钟管理模块提供工作电压；低压控制电路控制中压输出及功率分配，另外将从中压舱采集的信息以及低压通信舱的信息统一发送给时钟管理模块。
18.本发明采用关键模块及关键线路的冗余备份设计，加上采用dwdm密集波分进行业
务采用独立通道规划设计，让业务通道更安全可靠，另外低压通信舱采用国际通用标准375v湿插拔接口设计可用于直流恒流与直流恒压两种模式的海底观测网络。主要功能是将陆地传输到水下主节点的光信号与水下次节点接驳盒进行连接，并将陆地传送的高压直流电源通过水下主机中的中压直流电源转化成低压工作电压给内部单元提供工作电源，并将中压电源分配给7个水下次节点提供一个标准的375v中压直流湿插拔光电接口，另外，该业务接口还可以提供1gbit/s的业务光通道以及1gbit/s的带外科学仪器的管理光通道。
19.与现有技术相比，本发明的优点如下：1、本发明采用了dwdm密集波分技术，不同业务通过不同波长进行划分，业务波长信号以及次级接驳盒相关业务信号通过信息汇聚模块进行处理并转发，而时钟信号、管理信号、环境监控信号、电路控制信号以及次级接驳盒相关管理信号均通过时钟管理模块进行处理并转发，每个波长单波容量达到10/100gbit/s以上，信道规划明确且不存在相互干扰或占用带宽以及造成业务时延的情况，使观测网业务安全性得到有效保证；2、本发明的所有关键器件如，信息汇聚模块、时钟管理模块、低压控制电路这些关键部件均采用冗余备份设计，主备模块之间采用独立交互信道，保证出现故障时进行及时切换，具有电信级业务保证，使观测网业务稳定性大大提高；通信模块为观测网中观测设备提供标准的供电电压及统一的通讯接口，使观测网业务灵活性大大增强。
附图说明
20.图1为本发明海底观测网络系统结构示意图；图2为本发明海底观测网络系统低压通信舱框图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图所示，图1为海底观测网络系统结构示意图，图2为海底观测网络系统低压通信舱框图。
23.本实施例公开了的海底观测网络系统装置位于抗压筒内部，其中低压通信舱外部两路水密光缆分别通过穿舱器连接到分光器件，中压直流电输入低压控制电路；分光器件将特定波长的光信号分别接入到主备两个信息汇聚模块和主备时钟管理模块；主备信息汇聚模块,可将输出的光纤信号通过光纤接入到光滤波器，主备时钟管理模块输出的光信号通过光滤波器输出到次级穿舱器；低压控制电路为舱内有源模块提供低压电源。设计为观测设备提供标准的供电电压及统一的通讯接口，使观测网络集成度和组网灵活性大大提高。
24.主备器件切换方法：主备器件上的交互接口有以太网接口或can信号接口两种形式，通过以太网线路或can信号线连接。主备器件上设置有看门狗软件，在自检本模块如发现该模块出现问题时，会自动将切换至备用的模块上工作，也可以在远端的服务器上的上位机软件通过光缆中光信号，人工切换主备模块的工作状态。
25.如图1、2所示，在水下观测系统中，水下主节点中的光电分离舱实现对海底光缆的光、电信号分离，并将光信号由水密光缆通过主干穿舱器输出至低压通信舱，将高压直流电输出至中压变换舱，再由中压变换舱变换为中压直流电源后由水密电缆经过主干穿舱器输出至低压通信舱。
26.1、关于光信号光信号经过分光器件后分两路，业务波长信号通过光纤输出到主备用信息汇聚模块，另外两路带外管理波长信号通过光纤输出到主备用时钟管理模块。主备用信息汇聚模块对应端口各输出1路业务端口通过光滤波器合并为一路业务光信号，通过次级穿舱器输出到湿插拔接口。主备用时钟管理模块对应端口各输出1路管理端口通过光滤波器合并为一路业务光信号通过次级穿舱器输出到湿插拔接口。
27.关于信息汇聚模块:信息汇聚模块处理的信号包括次接驳盒的相关业务信号和主接驳盒内部状态信息以及控制信号。主接驳盒的信息汇聚模块主要起2类数据：1）将6-8个科学仪器接口的分别挂载的6-8个次节点的信息汇聚打包后上传到远端的otn传输接收端；2）负责采集主接驳盒本机的各个模块的运行状态，并远程控制这些模块的开关切换。
28.这些数据根据不同光波长来划分，并且主备的业务按不同的波长来划分，当出现故障时也会进行波长的切换。
29.关于时钟管理模块：时钟信号、管理信号、环境监控信号、电路控制信号为一个水下节点必备的几种信号，时钟信号为otn传输校时信号，管理信号为水下各节点中各模块远程控制信号，环境监控信号为节点舱内运行环境状态及告警信号，电路控制信号为水下节点舱内电路开关控制信号。
30.2、关于电信号从主干穿舱器输入的中压直流电输入到低压控制电路变压并调整功率后分为中压直流电和低压直流电输出。其中，中压直流电输出到次级穿舱器、输出到湿插拔接口；低压直流电输出给低压通信舱内所有低压模块提供电源。
31.低压控制电路采集中压变换舱内的环境信息以及低压信息舱内的环境信息通过时钟管理模块与陆地上位机对接。
32.需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。