CN106452565B - 一种双pon双mac保护的电力采集装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双PON双MAC保护的电力采集装置及其工作方法，其中，该装置包括：第一光模块、第二光模块、第一PON‑MAC芯片、第二PON‑MAC芯片、选择器电路；所述第一光模块通过光纤网络与外部第一光线路终端OLT1相连，所述第二光模块通过光纤网络与外部第二光线路终端OLT2相连；所述第一光模块还通过所述第一PON‑MAC芯片与所述选择器电路相连，所述第二光模块还通过所述第二PON‑MAC芯片与所述选择器电路相连；所述第一PON‑MAC芯片还与所述第二PON‑MAC芯片相连；所述选择器电路还通过外部交换机连接电力设备。

Description

一种双PON双MAC保护的电力采集装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及电力光网络通信技术领域，具体地，涉及一种双PON双MAC保护的电力采集装置及其工作方法。

背景技术

EPON(Ethernet Pass ive Optical Network，以太网无源光网络)光链路保护的功能是电力领域非常关注的一项功能，中国电信标准里定义了4种保护形态：Type A,TypeB,Type C和Type D。在EPON的实际应用过程中，还存在一种手拉手的保护形态。

从技术角度看，手拉手保护类型是Type D的升级版，由于手拉手类型的保护能力强于Type D，故手拉手保护更受用户喜爱。现有手拉手保护方案中，直接将电信EPON应用在电力数字化变电站和配网自动化项目中，通常使用2个独立的ONU(Optical Network Unit，光网络单元)设备连接OLT(optical line terminal，光线路终端)，同时ONU设备接交换机，如图1所示。

通过对上面现有手拉式方案的研究和实际电力采集终端应用环境的考量，很容易发现现有技术方案存在以下缺点：

(1)、无法满足电力***精确时钟同步的需求。

(2)、50ms冗余切换保护的技术实现难度比较大。

(3)、GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)报文低时延不容易达到。

(4)、整体***方案功耗高。

(5)、两个独立的ONU设备增加***成本。

(6)、2个ONU都需要连接交换机，降低了交换机端口利用率。

发明内容

为了解决现有技术中光纤链路异常容易导致电力采集通信***故障的技术问题，本发明提出了一种双PON双MAC保护的电力采集装置及其工作方法。

本发明的双PON双MAC保护的电力采集装置，包括：

第一光模块、第二光模块、第一PON-MAC芯片、第二PON-MAC芯片、选择器电路；

所述第一光模块通过光纤网络与外部第一光线路终端OLT1相连，所述第二光模块通过光纤网络与外部第二光线路终端OLT2相连；

所述第一光模块还通过所述第一PON-MAC芯片与所述选择器电路相连，所述第二光模块还通过所述第二PON-MAC芯片与所述选择器电路相连；

所述第一PON-MAC芯片还与所述第二PON-MAC芯片相连；所述选择器电路还通过外部交换机连接电力设备。

在上述技术方案中，当光纤网络的光链路保护形态是手拉手保护形态时，所述OLT1、OLT2是不同的OLT；

当光纤网络的光链路保护形态是Type D保护形态时，所述OLT1、OLT2是同一个OLT。

在上述技术方案中，所述PON-MAC芯片为SGC3001芯片。

在上述技术方案中，所述选择器电路为复杂可编程逻辑器件CPLD。

在上述技术方案中，所述PON-MAC芯片包括：通用异步收发传输器串口UART，所述第一PON-MAC芯片通过UART与所述PON-MAC芯片相连；

所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过UART与所述选择器电路相连。

在上述技术方案中，所述PON-MAC芯片还包括：输入输出接口I/O，所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过所述I/O与所述选择器电路相连。

在上述技术方案中，所述PON-MAC芯片还包括：时间信息接口TOD，所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过所述TOD与所述选择器电路相连。

在上述技术方案中，所述PON-MAC芯片还包括：千兆媒体独立接口GMII，所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过所述GMII与所述选择器电路相连。

在上述技术方案中，所述PON-MAC芯片还包括：管理数据输入输出接口MDIO，所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过所述MDIO与所述选择器电路相连。

在上述技术方案中，所述选择器电路包括：管理数据输入输出接口MDIO、千兆以太网接口GE，所述选择器电路通过所述MDIO、GE分别与外部交换机相连。

本发明的双PON双MAC保护的电力采集装置，与现有的技术相比，具有以下技术效果：1、通过使用低功耗PON-MAC芯片，具有设备功耗低的优点。2、使用带有硬件TOD接口的ONU芯片以及CPLD，可以实现单光纤链路故障引起的时钟抖动精确度，解决了现有技术无法满足电力***精确时钟同步的问题。3、现有技术使用2个单独的ONU设备进行手拉手链路保护，单光纤出现故障时，切换时间长，容易丢帧。本发明实现了单PCB板上的双ONU设备，同时共用网络数据缓存，切换时间快，不丢帧。而且只使用1个交换机接口，***成本低。4、现有技术方案需要网管、OLT同时配置2个ONU设备，本发明只需要配置主用ONU设备，主ONU设备会将配置信息同步到备用ONU设备，降低了网管和OLT的管理复杂度。

本发明的双PON双MAC保护的电力采集装置的工作方法，包括：

第一PON-MAC芯片、第二PON-MAC芯片根据自选择器电路接收的PON口选择信号PON_IF_ID决定主用PON口和备用PON口，所述PON口包括PON-MAC芯片及相连的光模块；

连接所述主用PON口的OLT向电力采集装置发送OAM帧，以获取所述电力采集装置返回的第一PON-MAC芯片、第二PON-MAC芯片的状态和信息；

连接所述主用PON口的OLT和所述电力采集装置分别监控光链路状态，当光链路发生故障时，启动光路倒换。

在上述技术方案中，所述OLT和所述电力采集装置分别监控光链路状态，当光链路发生故障时，启动光路倒换包括：

当连接所述主用PON口的OLT监测到主干光纤链路故障时，则关闭与该OLT的PON口相连的光模块的发送功能，所述主干光纤链路为OLT至分光器之间的光纤链路；

当所述电力采集装置监测到主干光纤链路故障时，则将自身备用PON口切换为主用PON口。

在上述技术方案中，所述OLT和所述电力采集装置分别监控光链路状态，当光链路发生故障时，启动光路倒换还包括：

当所述连接所述主用PON口的OLT监测到所述电力采集装置的分光纤链路异常时，则上报告警事件，所述分光纤链路为ONU至分光器之间的光纤链路；

当所述电力采集装置监测到分光纤链路异常时，则将自身备用PON口切换为主用PON口。

本发明的双PON双MAC保护的电力采集装置的工作方法，与现有的技术相比，具有以下技术效果：1、通过使用低功耗PON-MAC芯片，具有设备功耗低的优点。2、使用带有硬件TOD接口的ONU芯片以及CPLD，可以实现单光纤链路故障引起的时钟抖动精确度，解决了现有技术无法满足电力***精确时钟同步的问题。3、现有技术使用2个单独的ONU设备进行手拉手链路保护，单光纤出现故障时，切换时间长，容易丢帧。本发明实现了单PCB板上的双ONU设备，同时共用网络数据缓存，切换时间快，不丢帧。而且只使用1个交换机接口，***成本低。4、现有技术方案需要网管、OLT同时配置2个ONU设备，本发明只需要配置主用ONU设备，主ONU设备会将配置信息同步到备用ONU设备，降低了网管和OLT的管理复杂度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中的ONU与OLT的连接示意图；

图2为本发明实施例的双PON双MAC保护的电力采集装置的结构原理图；

图3为本发明实施例的查询和配置主备用PON口的示意图；

图4为本发明实施例的手拉手光网络保护拓扑示意图；

图5为本发明实施例的ONU主备用PON口的配置和同步示意图；

图6为本发明实施例的对光纤链路故障进行监测的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为了解决现有技术中光纤链路异常容易导致电力采集通信***故障的技术问题，本发明提出了一种双PON双MAC保护的电力采集装置及其工作方法。该双PON双MAC保护的电力采集装置实际上即为光网络单元ONU(Optica l Network Uni t)，设置于电力采集终端中。

如图2所示，本发明的双PON双MAC保护的电力采集装置，包括：第一光模块(光模块1)、第二光模块(光模块2)、第一PON-MAC芯片、第二PON-MAC芯片、选择器电路；所述第一光模块通过光纤网络与外部第一光线路终端OLT1相连，所述第二光模块通过光纤网络与外部第二光线路终端OLT2相连；所述第一光模块还通过所述第一PON-MAC芯片与所述选择器电路相连，所述第二光模块还通过所述第二PON-MAC芯片与所述选择器电路相连；所述第一PON-MAC芯片还与所述第二PON-MAC芯片相连；所述选择器电路还通过外部交换机连接电力设备。PON是指Pass ive Opt ical Network，无源光网络，MAC是指Media Access Control，媒体接入控制；PON-MAC芯片是一种基于无源光网络的媒体接入控制协议的MAC芯片。

当光纤网络的光链路保护形态是手拉手保护形态时，所述OLT1、OLT2是不同的OLT；当光纤网络的光链路保护形态是Type D保护形态时，所述OLT1、OLT2是同一个OLT。

优选的，本发明的选择器电路为复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)，本领域技术人员应当了解，其他能够实现主备用PON口选择等功能的选择器电路也应当包含在本发明要求保护的范围内。

优选的，本发明中的PON-MAC芯片采用SGC3001芯片。该SGC3001芯片，包括SGC3001(1)、SGC3001(2)，其上包含多种串口或接口，如：通用异步收发传输器串口UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter)、输入输出接口I/O(即图2中的int接口)、时间信息接口TOD(Time Of Date)、千兆媒体独立接口GMII(Gigabit Medium IndependentInterface)、管理数据输入输出接口MDIO(Management Data Input/Output)等。2块SGC3001芯片分别通过上述各种串口、接口或网口与CPLD相连。

CPLD上也包含多种接口或串口，如MDIO、千兆以太网接口GE(Gigabit Ethernet)，CPLD通过MDIO、GE与外部交换机相连，从而通过外部交换机连接多台电力设备。

本发明的双PON双MAC保护的电力采集装置的工作流程包括以下步骤：

步骤1，设备上电初始化：ONU上电后，整个***会执行一次整体复位。复位后，2颗PON-MAC芯片根据CPLD发送过来的PON_IF_ID信号来决定主备用状态，即主用PON口和备用PON口。例如可以设置当PON_IF_ID＝0时，则此PON_IF_ID对应的PON-MAC芯片处于主用状态，对应的PON口为主用PON口；当PON_IF_ID＝1时，对应的PON口为备用PON口。其中，PON口包括：PON-MAC芯片及对应相连的光模块。

步骤2，设备注册与发现：MPCP注册与发现遵循IEEE 802.3ah协议；OAM发现过程遵循IEEE 802.3ah协议和CTC3.0企业标准。MPCP(Multi-Point Control Protocol，多点控制协议)是EPON MAC控制子层的协议。MPCP定义了OLT和ONU之间的控制机制，来协调数据的有效发送和接收。OAM，Operation Administration and Maintenance。根据运营商网络运营的实际需要，通常将网络的管理工作划分为3大类：操作(Operation)、管理(Administration)、维护(Maintenance)，简称OAM。操作主要完成日常网络和业务进行的分析、预测、规划和配置工作；维护主要是对网络及其业务的测试和故障管理等进行的日常操作活动。

步骤3，设备主备用PON口的查询与设置：在步骤2中的设备注册和发现完成后，此时由于在步骤1中已经确定主用PON和备用PON，连接主用PON口的OLT可以通过向电力采集装置(ONU)发送OAM帧，来查询获取ONU内2颗PON-MAC芯片的状态和信息。而且，OLT可以通过OAM设置的方式去改变ONU设备的主用PON口，此时采用的传输通道是备用通道。

查询和配置过程如图3所示。查询过程：OLT向ONU发送Active PON_IF Reques t(get)指令，请求获取ONU内2块PON-MAC芯片的状态和信息，ONU向OLT回复Act ive PON_IFResponse指令，在该指令中携带2块PON-MAC芯片的状态和信息(包括光模块的光功率、SGC3001芯片的注册信息等)。配置过程：OLT向ONU发送Active PON_IF Request(set)指令，请求对主用PON口和备用PON口进行切换，ONU向OLT回复Active PON_IF Response指令，并进行主备用PON切换，切换完成。

查询和配置过程完成后，以手拉手保护类型的EPON光网络为例，其保护拓扑信息如图4所示。

当ONU1主备用PON口切换后，网管处可以形成如表1的业务保护链路信息：

表1

在完成主备用PON口切换后，所有的业务属性配置都通过主用PON口完成，由ONU设备完成主备用PON口的业务一致性同步。配置和同步过程如图5所示，由OLT通过主用PON口向ONU发送Vlan Set指令等(Vlan，Virtual Local Area Network，虚拟局域网)，ONU配置完成后向OLT回复Vlan Set OK指令，确认配置成功，并将相关的业务属性配置信息同步到备用PON口。

步骤4，光纤链路故障切换：OLT和ONU都会监控光链路的状态。当发现光信号丢失或者信号劣化时，启动光路倒换。假设初始工作时的工作拓扑图如图6所示，图中ONU1和ONU2的主用PON口接在OLT-ID7的0号PON口上；图6中，PON ID是区分OLT上不同PON口的编码，PON IF ID是区分ONU的主用PON口和备用PON口的编码。

如图6所示的拓扑结构中，采用了2个ONU，即ONU1、ONU2，其中，ONU1、ONU2的主用PON口均连接到OLT ID＝7的0号PON上，ONU1、ONU2的备用PON口均连接到OLT ID＝8的1号PON上。

(1)当图6中位置1处，即主干光纤(OLT至分光器之间的光纤)出现链路故障时：①如果OLT-ID7监测到主干光路异常，从而给网管上报告警事件，同时关闭0号PON口的光模块(包括ONU1、ONU2上主用PON的光模块)的发送功能；②当ONU1和ONU2监测到光路异常，它们把各自的备用PON口切换为主用PON口，并上报光链路切换事件。

(2)当图6位置2处，即分光纤(ONU至分光器之间的光纤)出现链路故障时：①如果OLT-ID7监测到ONU1光路异常，则会给网管上报告警事件；②当ONU1监测到光路异常，它会把自己的备用PON口切换为主用PON口，并上报光链路切换事件。

本发明的双PON双MAC保护的电力采集装置(ONU)及其工作方法，与现有的技术相比，具有以下技术效果：1、通过使用低功耗PON-MAC芯片，具有设备功耗低的优点。2、使用带有硬件TOD接口的ONU芯片以及CPLD，可以实现单光纤链路故障引起的时钟抖动精确度，解决了现有技术无法满足电力***精确时钟同步的问题。3、现有技术使用2个单独的ONU设备进行手拉手链路保护，单光纤出现故障时，切换时间长，容易丢帧。本发明实现了单PCB板上的双ONU设备，同时共用网络数据缓存，切换时间快，不丢帧。而且只使用1个交换机接口，***成本低。4、现有技术方案需要网管、OLT同时配置2个ONU设备，本发明只需要配置主用ONU设备，主ONU设备会将配置信息同步到备用ONU设备，降低了网管和OLT的管理复杂度。

本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图2-图6为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双PON双MAC保护的电力采集装置，其特征在于，包括：

第一光模块、第二光模块、第一PON-MAC芯片、第二PON-MAC芯片、选择器电路；

所述第一光模块通过光纤网络与外部第一光线路终端OLT1相连，所述第二光模块通过光纤网络与外部第二光线路终端OLT2相连；

所述第一光模块还通过所述第一PON-MAC芯片与所述选择器电路相连，所述第二光模块还通过所述第二PON-MAC芯片与所述选择器电路相连；

所述第一PON-MAC芯片还与所述第二PON-MAC芯片相连；所述选择器电路还通过外部交换机连接电力设备；

其中，所述选择器电路为复杂可编程逻辑器件CPLD，所述PON-MAC芯片还包括：时间信息接口TOD，所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过所述TOD与所述选择器电路相连，

其中，所述PON-MAC芯片为SGC3001芯片；

所述PON-MAC芯片包括：通用异步收发传输器串口UART，所述第一PON-MAC芯片通过UART与所述第二PON-MAC芯片相连；

所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过UART与所述选择器电路相连；

所述PON-MAC芯片还包括：输入输出接口I/O，所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过所述I/O与所述选择器电路相连；

所述PON-MAC芯片还包括：千兆媒体独立接口GMII，所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过所述GMII与所述选择器电路相连；

所述PON-MAC芯片还包括：管理数据输入输出接口MDIO，所述第一PON-MAC芯片、所述第二PON-MAC芯片分别通过所述MDIO与所述选择器电路相连；

所述选择器电路包括：管理数据输入输出接口MDIO、千兆以太网接口GE，所述选择器电路通过所述MDIO、GE分别与外部交换机相连；

第一PON-MAC芯片、第二PON-MAC芯片根据自选择器电路接收的PON口选择信号PON_IF_ID决定主用PON口和备用PON口，所述PON口包括PON-MAC芯片及相连的光模块；连接所述主用PON口的OLT向电力采集装置发送OAM帧，以获取所述电力采集装置返回的第一PON-MAC芯片、第二PON-MAC芯片的状态和信息；连接所述主用PON口的OLT和所述电力采集装置分别监控光链路状态，当光链路发生故障时，启动光路倒换，在完成主备用PON口切换后，所有的业务属性配置都通过主用PON口完成，由ONU设备完成主备用PON口的业务一致性同步。

2.根据权利要求1所述的双PON双MAC保护的电力采集装置，其特征在于，当光纤网络的光链路保护形态是手拉手保护形态时，所述OLT1、OLT2是不同的OLT；

当光纤网络的光链路保护形态是Type D保护形态时，所述OLT1、OLT2是同一个OLT。

3.根据权利要求1所述的双PON双MAC保护的电力采集装置的工作方法，其特征在于，所述OLT和所述电力采集装置分别监控光链路状态，当光链路发生故障时，启动光路倒换包括：

当连接所述主用PON口的OLT监测到主干光纤链路故障时，则关闭与该OLT的PON口相连的光模块的发送功能，所述主干光纤链路为OLT至分光器之间的光纤链路；

当所述电力采集装置监测到主干光纤链路故障时，则将自身备用PON口切换为主用PON口。

4.根据权利要求3所述的双PON双MAC保护的电力采集装置的工作方法，其特征在于，所述OLT和所述电力采集装置分别监控光链路状态，当光链路发生故障时，启动光路倒换还包括：

当所述连接所述主用PON口的OLT监测到所述电力采集装置的分光纤链路异常时，则上报告警事件，所述分光纤链路为ONU至分光器之间的光纤链路；

当所述电力采集装置监测到分光纤链路异常时，则将自身备用PON口切换为主用PON口。