基于无源光网络的分布式环形光交换网络结构及实现方法技术

本发明专利技术针对智能变电站通信网络中业务传输时延及时延抖动较大的问题，公开了一种基于无源光网络结构的分布式环形光交换网络结构设计方法，其特征在于：采用类似无源光网络的结构构建智能变电站网络，母差保护/故障录播类似于无源光纤网络PON中的光纤线路终端OLT，而环上的每个节点则类似于PON中的光网络单元ONU。节点结构只采用接收机、发射机、环形器、AWG模块和光耦合器，有效节约了硬件开销和能源耗损。此外，针对智能变电站中的各类电力业务设计了相应的调度算法，有效地降低了使得智能变电站通信网络中业务传输时延及时延抖动，提高了系统的实时性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术针对智能变电站通信网络中业务传输时延及时延抖动较大的问题，公开了一种基于无源光网络结构的分布式环形光交换网络结构设计方法，其特征在于：采用类似无源光网络的结构构建智能变电站网络，母差保护/故障录播类似于无源光纤网络PON中的光纤线路终端OLT，而环上的每个节点则类似于PON中的光网络单元ONU。节点结构只采用接收机、发射机、环形器、AWG模块和光耦合器，有效节约了硬件开销和能源耗损。此外，针对智能变电站中的各类电力业务设计了相应的调度算法，有效地降低了使得智能变电站通信网络中业务传输时延及时延抖动，提高了系统的实时性。【专利说明】
本专利技术设及一种智能变电站和光交换网络
，具体设及一种基于无源光网 络的分布式环形光交换网络结构及实现方法。
技术介绍
随着我国电力建设事业的快速发展，智能变电站在我国快速发展。现阶段，国内智 能变电站主要采用工业W太网电交换机进行过程层通信系统的网络体系设计，运种方法下 电网业务的时延及时延抖动较大，系统的实时性能一般。在人们生活水平不断提高的背景 下，人们对电网的稳定性、可靠性、实时性W及安全性等方面提出了更高的要求。与此同时， 随着近些年环形器、光禪合器(Optical Coupler,OC)和阵列波导光栅(AWG)等光器件的成 熟，设计基于运些光器件的光交换网络来充分利用无源光网络的巨大传输速率W满足不断 增长的实时通信需求成为了一个重要的研究课题。 目前智能变电站通信系统的组网方式主要包括W下几种： (1)基于电交换机和IEC61850系列标准的组网方式 目前基于电交换机和IEC61850系列标准的智能变电站通信网络的规模一般是采 用5台电交换机，每台18个百兆端口，4个千兆端口，交换机之间通过千兆端口互连，百兆的 端口则直接接入智能变电站的电网业务，所有端口的使用率约为70 %。也就是一台中屯、交 换机连接其余四台交换机，每台交换机连接12台电气设备，每四台设备组成一个间隔，每个 间隔组成一个小的局域网。此外，中屯、交换机还需要连接母差，所W设备都需要与母差进行 通信。上述方案的缺点在于，电交换机无法达到很高的通信速率，而电网业务有较高的实时 性要求，并且该方案下的可靠性不足，无法满足电网业务的时延抖动要求。 (2)基于无源光网络的智能变电站组网方式 本方案的核屯、思想是根据变电站业务需求，定制开发新型实时交换机，改善传输 业务的实时性。新型实时交换机融入了分组交换技术和时分复用多址接入技术，可实现统 一物理网络下各类报文传输的有效隔离;利用无源光网络可完成不同类型业务终端的灵活 接入。选择无源光网络技术作为站内一次和二次设备的通信接入手段主要基于W下几方面 考虑:①固有的TDM接入方式可W保证数据传递具有较稳定的时延;②具有灵活的拓扑结构 能够适应站内终端接入点的分布环境要求;③无源光网络可W实现多种保护方案;④能够 满足各类业务对传输带宽的需求。但运种方案中，为了利用无源光网络的优势，必须使用大 量的光器件，在实际应用中带来的很高的成本要求。此外，各器件的之间连接也颇为复杂， 对日后的维护工作带来了很大的困难。
技术实现思路
[000引为解决上述现有技术中的不足，针对智能变电站通信网络中业务的实时性要求， 本专利技术的目的是提供一种，其有 别于现有的基于电交换机的通信系统W及结构复杂的光交换系统。 本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的： 本专利技术提供一种基于无源光网络的分布式环形光交换网络结构，其改进之处在 于:所述分布式环形光交换网络结构包括通过光纤依次连接并组成环形结构的20个分布式 网络节点W及挂接在分布式网络节点上的间隔，在第1个分布式网络节点和最后一个分布 式网络节点之间连接有母差结构;所述间隔由四台电气设备组成;在分布式网络节点发送 数据时，每个节点采用双向发送的方式，确保母差结构W及其它分布式网络节点节点均能 收到数据。 进一步地:所述分布式网络节点包括依次连接的光纤、光禪合器、阵列波导光栅 AWG模块、环形器和接收机，发射机与环形器连接。 进一步地:所述母差结构包括依次连接的光纤、环形器、阵列波导光栅AWG模块、环 形器和接收机，发射机与环形器连接。 进一步地:所述环形器是引导光传播方向的器件，其包括=个端口，分别为环形器 的第一端口、第二端口和第=端口；所述第一端口输入的信号从第二端口输出;第二端口输 入的信号则从第=端口输出。 进一步地:所述光禪合器是分光器件，其包括=个端口，分别为光禪合器的第一端 口、第二端口和第=端口；所述第一端口输入的光从第二端口与第=端口输出，第二端口和 第=端口输出的光功率之和等于第一端口的输入光功率。 进一步地:所述光禪合器的第二端口与第=端口的输出功率相对于第一端口输入 功率的衰减值由光禪合器的分光比决定； 所述光禪合器用于将分布式网络节点连成环形且将转换后的电网业务从光禪合 器的第=端口输出。进一步地:所述的阵列波导光栅AWG模块为2X1的阵列波导光栅AWG模块。 本专利技术提供一种基于无源光网络的分布式环形光交换网络结构的实现方法，其改 进之处在于:所述实现方法对分布式网络节点发送和接收数据数据W及母差结构发送和接 受数据分别进行处理。 进一步地：当分布式网络节点发送数据时，电网业务由发射机进入环行器的第一 端口，再从环形器的第二端口输出，进入阵列波导光栅AWG模块，阵列波导光栅AWG模块收到 两种不同波长的业务(不限定具体的波长值，只要两种不同的波长即可）；所述电网业务从 阵列波导光栅AWG模块输出后进入光禪合器，禪合至左右两路进行双向传输，再通过链路中 的光禪合器进入光纤链路； 当分布式网络节点接收数据时，电网业务由所述光纤进入所述的光禪合器，光禪 合器一路继续在光纤上传输，另一路向下发往本地;所述电网业务再进入分布式网络节点 本地的禪合器，再进入阵列波导光栅AWG模块，阵列波导光栅AWG模块通过判断业务类型从 而决定进入某一路的环形器;所述电网业务进入所述环行器的第二端口，再从所述环形器 的第=端口输出，进入所述接收机完成数据的接收。 进一步地:当母差结构发送数据时，电网业务由发射机进入环行器的第一端口，再 从环形器的第二端口输出，进入阵列波导光栅AWG模块，阵列波导光栅AWG模块收到两种不 同波长的业务(不限定具体的波长值，只要两种不同的波长即可）；所述电网业务从阵列波 导光栅AWG模块输出后进入所述环行器的第二端口，再从所述环形器的第=端口输出； 当母差结构接收数据时，电网业务由所述光纤进入所述环行器的第一端口，再从 所述环形器的第二端口输出;所述电网业务再进入进入阵列波导光栅AWG模块，阵列波导光 栅AWG模块通过判断业务类型从而决定进入某一路的环形器;所述电网业务进入所述环行 器的第二端口，再从所述环形器的第=端口输出，进入所述接收机完成数据的接收。 与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有的优异效果是： 本专利技术提供的一种，有 别于现有的基于电交换机的通信系统W及结构复杂的光交换系统，无须使用昂贵的光器 件，即可实现电网业务的高速传输W及高实时性要求，具有低成本、高速率、高实时性、兼容 性好等优点，体现在： 1)实时性高:本专利技术设计的分布式环形光交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无源光网络的分布式环形光交换网络结构，其特征在于：所述分布式环形光交换网络结构包括通过光纤依次连接并组成环形结构的20个分布式网络节点以及挂接在分布式网络节点上的间隔，在第1个分布式网络节点和最后一个分布式网络节点之间连接有母差结构；所述间隔由四台电气设备组成；在分布式网络节点发送数据时，每个节点采用双向发送的方式，确保母差结构以及其它分布式网络节点节点均能收到数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鹏，张小建，于鹏飞，吴军民，余勇，曹宛恬，冯谷，步超伦，叶通，李东，胡卫生，孙志峰，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，上海交通大学，国网湖北省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11