电力EPON系统（精选7篇）
电力EPON系统 篇1
0 引言
实现配用电自动化是建设智能电网的关键环节。配用电自动化终端通信接入设备数量大且覆盖面广, 其中通信通道是配用电自动化实现的基础, 需要稳定可靠的网络管理系统保障其运行[1]。
目前山西省电力通信采用EPON技术实现智能化通信接入, 下属各地区EPON设备大部分由华为、中兴、格林威尔、华三、南瑞等厂家供货, 各厂家独立的网管系统满足地区自身的维护管理需要。但由于没有统一的通信接口标准, 无法实现对接, 是全省配用电通信网络管理系统建设的障碍[2,3], 迫切需要建成终端通信接入网, 将不同厂家、不同技术体制的网络设备由一个综合网管平台统一管理, 统一调度。
1 建设目标
国家电网公司对终端通信接入网管理系统建设以“统一通信接口、统一通信规范、统一通信网管”为最终实现目标, 系统设计要满足不同厂家的EPON系统接入和其他各种技术体制 (光纤专网、PLC、无线专网等) 系统扩展接入需求[4], 实现对通信过程中数据网络的综合监视, 并具备扩展其他技术体制的二次开发功能。
EPON全省集中接入网管系统中, 通信综合监视的对象包括EPON通信网络和设备, 监视的内容包括配置信息、故障信息和性能信息, 采用的技术有终端通信接入网络和设备数据采集分析技术、终端通信接入网络故障管理技术等。综合监控系统基本目标功能包括:
1) 实现各地区EPON配用电通信设备网管标准化接入。
2) 构建具备兼容性的统一配电通信网数据模型, 涵盖告警、性能、配置等几大类型, 并规范一整套标准接口, 供各配电设备厂家专业网管 (EMS) 实现, 通过北向接口采集各厂家EMS告警等数据。
3) 告警查询和上报;性能查询;配置数据查询和上报等接口。
4) 提供方便的途径供用户在需要的时候直接对各地市局系统进行资源、拓扑、告警的查看, 并在权限允许的范围内进行配置的管理。
2 系统架构
2.1 逻辑架构
在省公司主站机房统一部署ECM3200 终端通信接入网智能管理系统, 包括集中数据采集平台 (服务器组) 和系统后台及数据中心。客户端通过浏览器的方式登录系统, 能够实时查看各个地市的EPON网络告警。该系统通过数据网连接到各地市公司EPON专业网管, 进行告警数据采集及专业网管客户端到服务器端的连接。系统应用逻辑组网如图1所示。
2.2 物理架构
EPON集中接入网管系统物理组网如图2 所示。其中北向接口以服务的形式提供, 运行在各地市局EPON厂家专业网管服务器上;采集服务器通过局域网连接该服务;主干线路实行主备连接, 保证线路冗余, 信息采集畅通。
后台应用服务器通过通信专网与采集服务连接, 将数据存储到数据库服务器中, 应用服务器双机实现负载均衡, 数据库服务器通过磁盘阵列实现主备热运行过控制台界面可以实行主备服务器切换, 实时监控服务器运行数据并生成日志报告。
2.3 软件架构
系统使用商用关系型数据库作为系统的数据源。通过统一资源模型, 在支持跨系统的统一软件框架平台基础上, 根据系统各功能及其之间的交互关系, 制定了相应的软件模块, 整合了一体化采集平台、综合监视、资源管理、系统管理、辅助功能等主要软件模块, 实现对终端通信系统实时监控、资源管理、支撑业务分析等主要应用功能的支撑。软件架构如图3 所示。
3 系统功能
3.1 一体化采集平台
一体化采集平台是针对多管理系统配置数据、告警数据和性能数据获取设计的一体化过程管理工具。各种厂家通信系统可统一平台采集、多采集项目、跨平台运行。
在本方案应用中, 一体化采集平台集成了多套EPON网络、多个采集协议, 通过友好界面交互、日志处理等方式控制各采集子模块的工作状态和工作过程, 从而实现对系统自身所有采集过程的管理与监控。此外平台支持对多种其他技术体制的扩展。
3.2 与EPON设备网管系统交互接口
目前尚无通用的北向接口接入标准, EPON集中接入网管系统对厂家网管系统接口的接入, 主要使用以下几个方式:
1) 厂家网管接口方式。根据厂家网管北向接口提供方式, 对该厂家本地数据进行读取与分析, 包括数据库、日志文件等。可获取系统配置、告警、性能等实时信息。
2) 协议转换方式。由厂家网管提供各自北向数据传输的协议, 在此基础上, 通过开发协议转换模块, 对系统配置信息、告警信息和性能信息进行读取和查询。常用的协议转换通信方式包括Telnet通信、TCP协议通信、串口通信等。
3) Web Service方式。鉴于目前配用电通信接入网中, 各厂家网管提供的北向接口服务接入方式多样 (TCP、文件、串口服务等) 且接口实现功能参差不齐的特点, EPON集中接入网管系统针对配网通信接入网的管理, 通过目前各领域广泛应用的WebService成熟技术, 实现与设备厂家网管的跨平台、跨操作系统的无缝连接。接口通过WSDL进行统一规范, 从而实现与系统网管的完整数据交互, 获取系统配置数据、告警数据和性能数据。
3.3 配用电通信系统数据采集
与各地市厂家专业网管系统数据交互, 由一体化采集平台集中完成。其中对于配用电通信接入网的数据采集, 分别由平台管理下的多套EPON网络的采集协议程序实现。
3.4 系统综合监视
在实现各种EPON厂家的配置、告警、性能数据整合一体化采集的基础上, 完成采集过程自身的管理与监控。在配用电接入网中, 各个组成系统都有自己的专业通信管理机或者网管, 配用电通信综合网管可以通过管理机或者网管提供的北向数据接口服务, 完成与EPON系统的交互, 从而实现对接入网配置数据、告警数据、性能数据的实时监控的同时, 保证综合网管与接入网系统的松耦合, 确保了系统安全性。
3.5 专业网管统一入口
系统提供对各个地市、各个厂家专业网管客户端的统一入口。通过统一入口, 用户可一键登入各专业网管, 进行资源、拓扑、告警的查看, 并在权限允许的范围内, 进行配置的管理;完成业务服务及系统管理, 如用户权限分配, 登录、操作控制, 系统自管理, 系统数据备份及恢复等具体功能。
3.6 系统安全和集中化管理
建立一个具备数据采集、综合监视等功能模块的智能化管理系统 (以下称为“智能系统”) 。通过北向接口接收各专业EPON网管实时上传的告警、配置等数据, 经汇总分析后集中显示、输出。
通过在省公司侧整合各专业网管的远程客户端, 实现省公司对各专业EPON网管进行干涉及数据同步等功能。由统一的入口调用各个地区、各个厂家的EPON专业网管客户端程序, 支持用户对不同厂家EPON系统的资源、配置、拓扑进行查询、备份, 在权限允许的范围内进行配置修改。
考虑不同网络间的相互隔离, 避免出现因网络攻击、木马、计算机病毒等造成跨地区网管间的影响, 在省公司侧网络交换机和服务器之间安装防火墙。对电力通信下所采用各种EPON厂家的配置、告警、性能数据整合采集功能, 并对采集过程自身完成管理与监控。
考虑到今后可能与其他系统数据交汇的需要, 安装光口网络交换机。具备独立的安全系统, 避免由于智能系统问题影响其他各地区 (专业) 网管;也可以避免由于智能系统作为媒介, 跨地区间的病毒或网络攻击造成其他地区网管工作异常。
4 结语
山西电力配用电网EPON全省集中接入网管系统实现了对所有接入网络中的不同协议厂家设备、对不同地区进行了统一的管理, 并通过友好的界面表现出来;实现对故障的预警、发现和排查。该系统作为电力通信骨干网综合网管网络管理功能的细化和延伸, 能够实现以通信综合监视为支撑的计算机化、网络化、规范化的终端通信接入网管理系统, 增强数据分析能力和共享力度, 规范通信管理系统的建设, 将使山西省电力通信管理系统更加高效, 电力发展更加完善。
摘要：山西省内各地区电力企业的EPON网络接入涉及不同厂家的通信设备, 目前尚无统一的通信接口标准, 无法实现相互对接。为实现EPON网络全省集中管理, 确保电力通信网络稳定、高效、准确的运行, 提出建设EPON全省集中接入网管系统。文章从系统架构、系统功能等方面予以阐述。
关键词：EPON,集中接入,网管系统,电力通信
参考文献
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电力EPON系统 篇2
关键词：EPON,电力通信,网管系统,综合接入
随着以太无源光网络[1,2,3] (Ethernet Passive Optical Network, EPON) 规模的日益扩大, 设备的种类和数量也随之增加, 从而导致整个网络系统日趋繁杂。同时, 不同厂商利用其自身的网络技术进行设备的研制开发, 使得不同区域的EPON网络互不兼容, 接口标准不规范, 管理信息不一致, 给网络系统带来了极大的发展障碍。因此, EPON电力通信网亟待需要综合管理体系。
目前安徽省电力通信采用EPON技术实现智能化通信接人, 下属各地区EPON设备大部分由烽火、南瑞、瑞斯康达、格林威尔、中兴等厂家供货, 各厂家独立的网管系统满足地区自身的维护管理需要。然而, 由于缺乏统一的通信协议, 多家厂家的设备无法实现对接, 不同的网管系统无法兼容, 上述问题已成为EPON网络统一化管理的障碍[4]。EPON综合网管系统通过将不同厂家、不同技术体制的网络设备纳入一个系统进行统一管理和调度, 实时地监控不同厂家的光线路终端 (Optical Line Terminal, OLT) 、光网络单元 (Optical Network Unit, ONU) 等设备信息, 从而有效地降低大型网络的运营和管理成本。
1系统设计需求
针对目前安徽省EPON设备管理较分散、维护成本较高等问题, 在考虑不同厂家的EPON系统接入需求的前提下, 本文提出EPON电力综合网管系统设计方案, 通过对不同厂家网管系统的接口适配, 实现安徽全省各地EPON网络的实时监视。具体包括如下基本功能: (1) 整合各地区EPON网络管理系统, 提供集演示、查询、管理于一体的综合网管体系; (2) 构建具备兼容性的统一通信接口协议, 屏蔽底层的异构性, 通过北向接口采集各厂家NMS的网络数据; (3) 在线监控各地区OLT/ONU等设备的告警信息, 及时通报设备故障问题, 管理告警信息, 实现告警信息的查询、设备评估等功能; (4) 用户进行分级管理, 规避因人员操作失误引起系统错误, 确保系统运行安全。
2系统架构方案
在省公司主站机房统一部署EPON电力综合网管系统, 如图1所示, 包括集中平台 (服务器组) 和系统后台及数据中心, 服务器与各厂家的网管管理系统 (Network Management System, NMS) 用北向接口连接, 实现各地市公司EPON网络数据的采集和管理。客户端通过浏览器的方式登录系统[8], 能够实时查看各个地市的EPON网络信息。
3硬件架构设计
EPON电力综合网管系统的硬件架构如图2所示。各地区不同厂商的网管系统通过北向接口与综合网管系统进行实施通信, 通过集成多套EPON网络和多个采集协议, 实现不同厂商EPON网络的统一管理。主备双机服务器利用负载均衡, 实时地监控和存储网络数据, 确保EPON数据的可靠和系统的稳定。监控设备通过友好界面交互、日志处理等方式监控各EPON网络设备的工作状态, 从而实现对全省EPON网络的管理与监控。
EPON电力综合网管对不同厂家网管系统的接入主要使用以下两种方式:
(1) 北向接口:整个综合网管系统和各厂商的专业网管系统通过北向接口相连接。根据厂家网管北向接口提供方式, 对该厂家本地数据进行读取与分析, 包括数据库、日志文件等。同时, 综合网管系统根据不同厂家网管提供的各自北向数据通信协议, 制定统一的通信接口协议, 以屏蔽EPON网络的异构性, 从而实现告警和设备信息的查询。
(2) Web service方式。针对目前各厂家网管提供的北向接口接入方式多样性 (如, TCP、文件、串口服务等) 和通信数据协议不兼容的特点, EPON综合网管系统借助目前广泛应用的Web service技术[9], 实现与不同厂家网管的跨平台无缝连接。统一描述、发现和集成 (Universal Description, Discovery, and Integration, UDDI) 用于集中存放和查找WSDL描述文件, 起着目录服务器的作用。接口通过网络服务描述语言 (Web Services Description Language, WSDL) 进行统一规范, 从而实现与系统网管的完整数据交互, 获取系统配置数据、告警数据和性能数据。EPON电力综合网管系统通过Web service接口相连接, 综合网管系统将采集到的数据通过Web service接口推送给Web展示端, 如图3所示。
4软件架构设计
EPON电力综合网管系统如图4所示, 系统由监控、管理、运维等3个子系统和核心技术平台构成。
4.1监控子系统
监控子系统由设备监控和告警监控等功能组成。设备监控包含OLT和ONU的管理状态和运行状态的监控。告警监控[10]包含当前告警信息的显示, 按地区、厂商、告警类型、告警级别等的告警信息查询。以下以合肥地方的告警查询为例, 给出具体软件实现代码。
4.2管理子系统
管理子系统由系统管理和数据管理等功能组成。系统管理负责系统服务器的实时监控, 用户信息的智能管理和权限管理等。
数据管理包含数据的采集与控制等功能。与各地市厂家专业网管系统数据交互, 由集成多套EPON网络的采集协议的一体化数据管理模块完成, 如图5所示。在系统运行的过程中, 会存在多个通信网资源管理系统数据, 或是存在多个厂商向适配器发送数据等。数据模块在同时接受到多个请求时, 会为每个请求建立一个服务线程, 通过多个服务线程收发数据。
4.3运维子系统
运维子系统由日志管理和报表管理等功能组成。日志管理包含所有用户的登陆和操作日志, 以及网络系统服务器的运行日志等。报表管理实现EPON网络数据的查询和报表呈现, 包括历史告警、当前告警和系统运行性能的报表显示等。下面给出日志管理的主要实现代码。
4.4核心技术平台
在底层技术支撑结构中, 核心技术为支持系统正常运行的环境功能模块, 包括J2EE多层体系结构、常见的北向接口协议 (如COBRA, TL1) , 通信协议 (如TCP/IP) , 数据库 (如Oracle, SQL Server, My SQL) 等技术。
5结语
安徽电力配用电网EPON全省综合网管系统, 通过兼容全省各地区EPON网络中的不同厂家设备的通信协议, 实现了不同地区EPON网络的统一管理, 规范了电力通信接入网管理系统。该系统已在安徽省电力通信网络系统测试和试运行, 具有很高的稳定性和可扩展性。
参考文献
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电力EPON系统 篇3
关键词：配电网自动化,EPON,通信网络
概述
配电自动化系统一般由主站、通信网络、变电站自动化系统及配电远方终端 (DTU、FTU或TTU) 组成。
通信网络作为配电自动化的一个组成部分是至关重要的, 它的稳定性、可靠性直接关系到配电自动化系统能否正常运行。在下文中对EPON通信技术在配电通信网的应用可行性进行详细的分析。
一、EPON通信介质分析
目前各级电力公司已建成以光纤通信网络为主的调度通信网, 所辖电网内35k V、110k V及以上变电站基本实现光纤全覆盖, 各35k V及以上变电站已经具备至调度主站的通信通道, 因此, 光纤通信网络具备向35k V以下的配电线路延伸的网络基础。
在铺设光缆时可以借助配电网已有丰富的管道或线路资源, 本着“专芯专网”的原则, 对于架空线路, 可同杆塔架设;对于地埋线路, 可同路由铺设。
二、EPON组网结构分析
既然光缆的布放需要沿着配电电缆走向实施, 因此在通信网络建设之前有必要对电力常见的配网电缆拓扑结构进行分析。
2.1配网电缆拓扑结构
(1) 单电源辐射网:是一种接线简单清晰、运行方便、建设投资较少的配电网络, 当线路或设备故障、检修时, 用户停电范围大, 系统供电可靠性较差。
(2) “手拉手”环网:是目前城镇配电网络中普遍使用的一种接线方式, 通过主干线路末端之间的直接联络, 实行环网接线, 开环运行, 大大提高了供电可靠性。
(3) 双电源双T网:两变压器接线既有T形接线的优点, 节省电力电缆的用量, 运行方式灵活, 又可使变压器和低压配电系统有备用, 是高可靠性的接线方式。
2.2通信网拓扑结构
为了避免重新开掘另外的通信管道, 通信设备的组网方式应该符合电网常见的这几种拓扑模式。
(1) EPON链型组网:在配电子站布放OLT设备, 通过OLT的一个PON口级联多个POS (1:2非均分分光器) , 分光器可放置在每一个分段开关处, 例如变压器杆塔上或线缆分支箱中, 每个ONU放置于FTU箱体内 (或另置其它箱体) , OLT的光纤通信半径为20KM左右, 满足单电源3-5KM的供电范围。
(2) EPON全链路保护组网一:该组网结构完全契合电力配电网中常用的“手拉手环网”, 分别在两个配电子站放置OLT设备, 然后通过两个光方向利用POS (非均分分光器) 级联延伸, 分光器、ONU设备的放置可参照单电源组网结构, 每个ONU的上行链路都通过双PON口进行链路1+1冗余保护, 保障环网监控稳定运行。
(3) EPON全链路保护组网二:分别在A、B两个10KV变电站放置OLT设备, 按照双T型线缆结构进行组网, 相对于“手拉手”组网, 它的区别在于OLT的光方向基本一致, 设备布放位置也趋于相同。
通过以上的组网对比分析, 可以得出在配电网中实施光纤通信时候, 光纤资源分布的特点如下:依据配电网电缆结构, 光纤线路通常是星型或链型结构;配电子站到配电终端之间光纤资源也是“点到多点”结构;配电网辐射面积大, 光纤资源相对少, 形成环网困难。
如果结合EPON通信系统的网络特点, 就会发现EPON通信系统天然地符合配电网光纤资源的结构, 就组网结构而言, EPON组网方式是配电网子站到配变终端层面组网的最佳选择。
三、EPON设备取电分析
EPON设备的取电通常可以通过电压互感器变换电压、二次侧可输出220VAC, 就近配电变压器取电等方式进行, 工程实际中, 开闭所、负荷中心、用户电表处取电相对方便, 环网柜、柱上开关、变压器等处可靠电压互感器+蓄电池 (UPS) 方式取电。
四、EPON设备使用环境要求分析
相对于输、变电站调度网而言, 配电网的另一个显著特征就是设备运行环境不同, 大多数设备要求室外运行, 因此必须考虑设备的环境适应性问题。总体而言, 配电自动化系统对通信设备具体要求如下:1、防浪涌冲击, 抗静电干扰;2、在-40℃~75℃温度下正常运行;3、支持12、24V、-48V、220V等支持应急充电电池或者UPS;4、自然散热;5、具备防水、防尘设计, 适应各种恶劣环境。据了解, 目前厂家生产的户外ONU终端设备可达到工业级标准, 适应各种恶劣环境中使用。
五、EPON通信接口及带宽需求分析
现有配电网通信终端 (FTU/DTU/RTU) 的通信接口以以太网口和RS232/485为主, 随着以太网技术应用的不断发展, 以太口 (RJ45) 最终会取代绝大部分的电力通信设备的接口。与传统的调度自动化系统相比, 配电系统自动化终端节点数量极大, 并且节点分散、通信距离短、每个节点的数据量较小、实时性要求高, 各种不同类型终端的速率要求大致分布在300 bps~2 Mbps之间, 而EPON系统基本可提供1.25Gbps的上下行速率, 并提供以太网口为主、RS232/485口为辅的数据接口, 满足配电自动化系统的带宽和接口的发展要求。
六、EPON链路保护和抗单/多点失效分析
抗单点失效是指通信网络中某一终端损坏或者一条分支链路中断, 不影响其他终端设备的业务运行的特性。抗多点失效是指在通信网络中不少于2台设备损坏, 或者不少于2处支路光纤中断的情况下, 其他通信终端的业务仍然不受影响继续运行的特性。
EPON系统中各个ONU设备是通过POS (Passive Optical Spliter无源光分路器) 采用并联方式组成光纤网络, 每台ONU设备收到的光信号是从OLT设备以点到多点的通信方式发送下来的, 每台ONU设备依靠分光器 (物理器件, 不易损坏) 来建立到OLT设备的数据通道, 因此当网络同时出现单个或多个分支光纤中断、PON口损坏、ONU设备死机或突然掉电等故障时, 不会影响其他ONU的正常工作。
利用EPON组网在抗单点、多点失效性上效果十分明显, 非常符合配网自动化对通信网络稳定可靠性的需求。
七、EPON网络扩容分析
配电自动化建设是一项长期工程, 其网络规模随着地区经济发展和当地市政建设变迁而不断更改、不断扩大。在配电网中开闭所、环网柜、箱变等节点的数量具有不可精确预测性, 实际节点的数量发生变化, 通信网络要具备相应的调整能力。这就对EPON系统的扩容的简单、方便及经济性提出了很高的要求。EPON系统在设备扩容方面, 只需更换大分路比的分光器, 或在网络规划时预留馈线光纤;同时增加或减少一个ONU通信终端点时不会影响其他设备正常运行;采用EPON组建的配电网自动化通信系统中, 因每个通信终端设备成本低, 在配电网自动化站点大规模扩容时, 能最大程度节省投资成本。
八、结论
EPON技术作为一种施工简单、成本低廉、性能优越的光纤通信方式, 是配电子站到配电自动化终端之间最合适的一种的通信方式, 利用EOPN技术建设的智能、稳定、可靠、经济、实用的基础通信平台, 在配电网自动化建设和智能电网的建设中具有良好的发展前景和较高的实用价值。
参考文献
[1]张继东, 陶智勇.EPON的发展现状与技术关键[J].光通信研究, 2002 (1) :26~30.
EPON技术在电力通信中的应用 篇4
1、EPON技术和标准。EPON技术是一种依托于千兆以上的以太网技术而发展起来的PON技术,它结合了Ethernet技术和PON技术的优点。EPON技术网络主要由局端optical line terminal(OLT)设备通过optical distribution network(ODN)与远端的多个optical network unit(ONU)设备相互连接,共同建构成一个EPON网络。EPON技术相比传统的源光网络技术具有成本较低、可靠性高的ODN(无源光分路器)代替了光交换、相关远端机房、光交叉会聚设备等特点,在一定程度上降低了网络建设和网络维护成本的投入。EPON技术的国际标准是IEEE802.3ah,其中要是由IEEE在2001年开始研制的,具体在2004年进行定稿发布。
2、EPON技术的特点。首先,EPON技术全由光线接入,网络的宽带相对较高,对外界环境的抗干扰能力也较强,具有较高的可靠性,并且非常容易管理的维护;其次,EPON技术具有多项业务的支持能力,EPON网络可以提供丰富多样Qo S支持的能力,并能保证在EPON网络内将不同的业务隔离开,满足各种延时、宽带以及抖动的需求;再次,EPON技术的组网拓扑较为灵活,EPON网络通过ODN级联可以与不同的网络拓扑相互适应,实现网络扩容的灵活性,同时支持各种光线的保护方式,有效降低了网络建设和网络维护的成本投入;最后,EPON技术具有成熟可靠性,EPON技术依托于成熟的以太网技术,可以非常便捷的接入各种以太网业务,方便让EPON网络维护的相关工作人员进行理解和掌握。
二、EPON技术在电力配网通信中的应用模型
2.1单电源辐射状接线方式
单电源辐射状接线方式具有接线清晰明确、投资节约、运维简单等优点,一般情况下,单电源辐射网的主干线路主要利用分段开关将其分为3段~4段,供电的半径约为4cm,针对信息点分布的实际情况,EPON网络可以选择不同的通信方式将信息点覆盖到不同区域中,其主要有集中分光模式、串联多级分光模式两种方式。集中分光模式。这种电力配网通信模式设备的主要位置如图1所示。OLT分布在分电站上,而分光器主要放置在配电设备箱中或这是附近的电线杆上,ONU主要放置在电采集中器设备箱内。集中分光模式的主干光路一致性相对较好,同时光路的设计也较简单。
串联多级分光模式。这种电力配网通信模式设备的主要位置如图2所示。OLT主要放置在变电所的位置,而分光器以及ONU设备可以放置在同一个设备箱内,同时串联多级分光模式的信息点适合分散分布在一次线路的两侧位置。
2.2手拉手环网接线方式
手拉手环网接线方式主要是清晰的划分为主干线路和各分支线路上,主干线路利用环网柜互联,逐渐形成环线的接线方式。这种方式主要有环供可靠性高和接线较为简单的优点,与可靠性高的供电要求、用电增长快、负荷密度较低的城市电力配电网相适应,并且已经成为了电信配电线路的主要建设模式之一。面对这种模式,EPON网络可以利用手拉手环全光路的保护模式来进行系统模型的构建,如图3所示。
结论:总之,EPON技术是一种施工相对简单、性能优越、可靠性较高、成本低廉的一种光线通信方式,可以有效满足未来智能配电业务的发展,是当前智能配电系统中主要的通信网络技术之一。利用EPON技术建设的经济性、可靠性、稳定性的通信平台,在智能配电系统中的建设具有非常广阔的发展前景。
参考文献
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电力EPON系统 篇5
一、EPON网络通信技术的概述
虽然电力通信系统在我国电力的管理和传输方面产生了很大的贡献, 但是在实际的一些运行情况中, 任然存在着一些不可避免的问题。首先, 传统的光纤通信系统不能够完成配电的网络自动化中的点到多点的结构的信息传输, 其次, 光纤通信的网络通信系统在户外的开闭所没有一个良好的工作环境。在这样的工作环境下, 配电的终端往往暴露在室外。光纤通信的网络通信系统在这样恶劣的环境下不能可靠的运行, 同时也不太具备抵抗电磁的干扰作用和支持多种供电方式等。
二、对EPON网络通信技术的特征及内涵的研究
2.1 EPON网络通信技术内涵及概念
太网无源光网络是一种利用点到多点的结构的单纤数据双向的传输光纤的通信技术。EPON网络通信技术起始于上世纪60年代, 经过十多年来的发展, 如今它已经发展到了大规模的商用阶段。EPON网络通信系统的设备有以下的三个部分组成:中部间光设备、用户侧设备、线路侧设备。
EPON网络通信技术具有下面几个特征:首先, 它在数据流和物理结构方面都实现了点到多点的突越;然后, 它在光产生的过程中使用到了无源分光器;最后, 它采用了WDM (波分复用) 技术实现了单纤的双向传输达到约21公里, 在OXU侧可以通过光分路器传送给很多用户。这样一来, 他就能大大的降低主干的光纤和OLT的成本。
2.2 EPON网络通信技术的基础
EPON网络通信技术是根据无源光网络 (PON) 和太网 (Ethernet) 技术的结合而发展来的。无源光网络已经产生很久了, 它的特点就是对网络协议有透明性和节约光纤资源。伴随着IP业务的不断上升, 简便实用并且价格低廉的太网技术在几十年的发展中已经几乎统治整个局域网。也被证实是数据包最佳载体。
2.3 EPON网络通信技术的接入系统
EPON网络通信技术的接入系统是一种具有高效的通信技术的系统。它具有下面几个方面的特点:第一点, EPON网络通信技术的用户和局端之间只有光分路器和光纤, 不需要租用机房, 不需要配备电源, 不需要维护人员来维修。因此就可以大大的节省运营和建设的维护资金。第二个, EPON网络通信技术所利用的太网传输格式也是用户局域网络的先进技术, 使得复杂传输协议的转换消耗的成本得到降低。第三点, EPON网络通信技术利用了单纤波分的复用技术, 这样一来, 他只需要一个CLT和一根主干光纤就可以实现传输。第四点, EPON网络通信技术的上行和下行速率都达到了上千兆, 针对不同的用户, 下行也运用了加密广播传输的手段来共享宽带, 上行则运用了时分复用来共享宽带。
三、关于EPON网络通信技术的技术应用和组网结构的分析
第一个是EPON中的单电源辐射网络结构。第二个是EPON链形网络, 它的结构和单电源辐射网络很相似, 它通过在配电子站上布设OLT, 然后通过OLT的其中一个POS接口连接多个POS, POS可以放置在每一个分段的开关处, 每一个OXL可以放置在FTI或者其他的箱体中。EPON单电源的辐射网络结构可以运用单线路的电源来供电, 它的接线十分简单, 建设投资也比较少, 但设备和线路出现故障需要检修时, 用户停电的范围比较大。系统的供电可靠性相对比较差。EPON单电源的辐射网络结构方式主导了现在的农村电网。第三个是EPON双T组网网络结构, EPON双T组网网络结构和双电源的双T网络结构也很类似, 把OLT布放在两个配电子站上, 相当于手拉手的网络结构来说, 它的OLT光方向是大致相同的。设备的布放位置也相同。配电自动化在智能电网建设中扮演着重要角色, 能否使配电自动化的系统功能得到实现, 关键就在于信息传输的平台通信系统。
四、总结
总而言之, 通过EPON网络通信技术来实现我国电力自动化和智能化的建设是当前最热门的话题。它对中国的电力工程管理和建设同样具有越来越深远的现实意义, 大力发展EPON电力通信技术也是我国在未来面临的一个巨大挑战。所以我们要积极贯彻落实EPON网络通信技术。
参考文献
[1]杨雷, 刘卫华, EPON技术在配电网自动化系统中的应用[J]山东电力技术, 2012 (6) ;19-20
一种EPON光缆在线监测系统 篇6
关键词：EPON,光缆在线监测,OTDR,光反射器,合波器,光开关
0 引言
随着光纤到户(Fiber to the Home,FTTH)的大量商用,光纤铺设的数量日益增多,光纤覆盖的范围日趋广阔,其所承载的业务量不断增大。无源光网络产生于20 世纪90 年代,随着Internet和计算机技术的迅速发展,以太无源光网络[1,2,3](Ethernet Passive Optical Network,EPON)以其较高的带宽、较强的抗干扰能力、较高的可靠性和较低的成本,成为各大运营商解决“最后一公里”问题的最优解决方案之一。近两年来,安徽省全面建设的信息采集项目中铺设了大批量的光缆,其建设量等同于新建一个完整的光缆通信网络,这种高密度、广分布、大容量、高速率的光缆网络,对安全性和可靠性的要求更严格,一旦光纤由于温度和应力等因素发生故障,势必会给国家的经济和政治造成巨大的损失。
在传统的光缆故障维护模式[4,5,6]下,一旦光缆线路发生故障,值班人员首先会根据告警的信息确定故障区段,然后利用光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)在该区段进行测量,以定位故障点,最后通知线路维护人员进行故障点抢修。这种光缆维护方式属于被动方式,费时费力,无法实时监测光缆状态,无法及时地修复故障点。同时,随着光纤通信业务的不断丰富,上述光缆线路隐患日渐突出,光缆线路的维护与管理形势日益严峻,传统的依赖人力的光缆网络维护管理已无法满足日益庞大的光缆网络运维需求[7,8,9,10]。因此,本文针对现有光纤运维的不足和问题,致力于研究光缆线路的实时监测与管理,通过实时监测光缆线路的传输状态,及时、准确地定位光缆故障,从而有效地降低光缆中断的概率和时间。
1 EPON光缆在线监测系统
针对安徽省电力光通信网络的特点及现有光缆监测手段的不足,本文提出了一种基于OTDR的EPON网络在线监测系统方案。EPON在线监测系统实现框图如图1 所示。 在光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)一侧,WDM合波器将OLT光信号和OTDR测试信号合二为一,OLT用于透传信号发送端的信号,OTDR作为OTDR接入网络用于对网络中的光路进行检测,并对故障定位。远程测试单元发指令给光分配网络(Optical Distribution Network,ODN),使其光开关切换到指定的通道,在等待一段时间后,控制OTDR发送检测脉冲,从而检测该通道的光路是否正常。
OTDR测试的原理如图2 所示,OTDR与ODN的多个支路通过多路光开关相连,通过光开关的切换,保证OTDR发出的光信号只能到达一个光网络单元(Optical Network Unit,ONU)所在的支路。当光波到达光纤芯尾端或者连接器时,在玻璃与空气接触面的空隙处,折射率会出现突变,从而产生一个很强的反射,于是在OTDR测试曲线上形成一个波峰。虽然测试光经过分光器后会变得很弱,但是,该反射仍然比其他位置的散射信号水平要高很多。分支光缆长度的不同,会使得OTDR测试曲线在不同位置上出现反射峰。因此,通过判断OTDR测试曲线在不同位置的反射峰,就可以定位ONU的不同分支光缆。当ONU某一分支光缆发生中断时,该OTDR测试曲线的相应反射峰会消失,于是通过观察OTDR测试曲线,就能分辨出发生故障的ONU分支光缆。同时,OTDR收到回波信号后,可以根据回波时间测算出故障点与接头的距离,从而确定故障点的位置。
该系统的优点如下:采用干路、支路分别测试,从而增加低成本OTDR模块用于干路测试,延长高精度OTDR模块使用寿命;提供在线检测和备用光纤这两种检测方式,在在线检测的同时,可同时对其他非PON线路备用纤芯进行测试;采用尾纤型终端反射器,通过安装不同长度的尾纤,完美解决系统对于终端线路不同长度的需求,而且工程施工方便,直接进行替换,可做到秒级的系统中断;该系统可独立于网管实现对设备的本地控制,进行基本的测试与光缆性能监测,增强了本地管理功能。该系统的建设,能够提高EPON光缆网运维的自动化水平,网络故障的发现变被动为主动,提高排障速度,极大地降低ODN光网络维护成本,提高维护质量和用户感知度。
2 EPON光缆在线监测实验
为了验证本文提出的EPON光缆在线监测系统的性能,本节详细说明EPON光缆在线监测实验。通过将RTU设备和网管接入到EPON的实际应用系统,构建如图3 所示的EPON在线监测系统测试环境。远端终端单元(Remote Terminal Unit,RTU)主机相当于OTDR,用于产生8 路OTDR信号源,RTU从机用于产生OTDR的1 650 波长信号和EPON的PON口合波,合波信号输出到线路的光分路器,光分路器再接ONU。RTU主机和从机都有光开关,用于多路信号的轮流测试。
本节通过进行OLT到分光器的距离测试实验,说明本系统在故障监测定位方面的性能。从图4 的测试结果可以看出,采用OTDR仪表检测的通信机房ODF至光纤拆迁小区分光器的距离为468 m,利用本系统检测的通信机房OLT至光纤拆迁小区分光器的距离为474.93 m,除通信机房OLT至通信机房ODF的尾纤5 m,本系统的位置测试误差为1.93 m,测试误差在允许范围±20 m内,从而验证了本系统的功能能够满足光缆在线监测的要求。
3 结语
根据现有PON网络的现状,本文设计了一种“高精度OTDR+光开关+合波器+光终端反射器”EPON光缆在线监测系统。该系统将大大提高光缆维护的效率,提高故障定位的精度和准确性,具有巨大的市场潜在价值。该系统的可延展性前景广阔,如:扩展线路及设备保护模块,无论线路故障或设备故障均可进行自动切换,节省设备投资。维护终端功能扩展,网管可实时同步数据。该系统能指导维护人员迅速准确到达故障点。而且由于采用了高精度OTDR、光纤传感等新技术,还可实现对光缆的温度、应力、震动等性能进行监测。
参考文献
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EPON系统光收发电路设计 篇7
1 EPON的工作机制［4］
光线路终端( OLT) 、光网络单元( ONU) 和光分配网络( ODN) 三者组成EPON系统,使用以太网协议。从OLT经过1∶ N光无源分路器到ONU的信号为下行信号( 最多可以64路) ,从ONU到OLT的信号为上行信号。在EPON系统中传输的数据包是不定长的,IEEE802. 3以太网协议规定的最长数据包可达1 518 byte。OLT发给多个ONU的下行信息采用广播方式。每个数据包携带的包头确定该数据包应该到达的特定唯一ONU,除此之外还有发给所有ONU的广播包和发给一组ONU的组包。OLT发出的下行数据包在通过光分路器之后就分为N路独立的信号,给所有特定ONU的数据包在每路信号都一样。特定ONU接收到数据包时,通过包头来判断该数据包是否是发给自己,是则从数据包提取数据,否则丢弃数据包。在上行方向,各ONU发出的数据通过时分多址( TD- MA) 方式复用在一起,在OLT为它们分配的同步独立时隙上传给OLT。这样不同ONU的数据包之间可以无碰撞地藕合到一根光纤中上传数据给OLT。
由此可见EPON系统的上行是多个ONU到OLT的时分多址系统,下行是传统的点对多点( MP2P) 系统。也就是说上行必须使用突发模式光传输技术,而下行可以使用典型的连续模式光传输技术。
2 EPON光收发电路总体方案
实际上在EPON系统中光收发电路就是进行光电转换收发功能的电路。用户端主机( ONU) 的光发送电路将待传电信号进行电光转换,转为成光信号,发射电路对光信号进行调制成已调光信号并将之耦合进光纤信道,通过光纤信道传输到局端主机( OLT) ,局端主机的光接收电路将接收的光信号进行光电转换成已调电信号,解调电路从已调电信号解调出待传电信号并传输给局端主机的客户终端。反之亦然,用户端、局端主机间的双工通信从而得以实现。
在IEEE802. 3ah—2004中,电气和电子工程师协会局域网/城域网标准委员会规定,EPON系统采用B1. 1、 B1. 3、G652 SMF进行双工数据传送,ONU至OLT方向使用1 310 nm波长为上行传输方向,满足突发发射、突发接收模式; OLT至ONU方向使用1 490 nm波长为下行传输方向,满足连续发送和满足接收模式。所以EPON的用户端光电路须具备1 490 nm连续接收、1 310 nm突发发送的能力; 局端光电路必须具备1 310 nm突发接收、 1 490 nm连续发送的能力[5]。
光收发电路原理如图1所示。在上行方向,来自ONU的物理层的上行数据经突发模式激光器驱动器加载到单纤双向组件( 1 310 nm发送、1 490 nm接收) 的非制冷多量子阱F-P腔型激光器上,使之发出带有信息的光已调信号,波长为1 310 nm。经过单纤双向组件( 1 310 nm发送、1 490 nm接收) 的复用/解复用器耦合进单模光纤, 经光分路器传输到OLT中单纤双向组件( 1 490 nm发送、 1 310 nm接收) 的复用/ 解复用器接收。然后再传输给由PIN光电二极管检测出已调上行电信号。已调上行电信经数据恢复电路还原出上行数据送给OLT的物理层。在下行方向,结构类似。区别在于连续发射模式的工作波长为1 490 nm[6]。
3光收发电路设计［7 －8］
3. 1上行突发光发送电路设计
上行突发光发送电路主要由单纤双向组件HWT- 3424-14313S和突发模式激光器驱动器ADN2841组成。 HWT-3424-14313S的特点有: 单模光纤; 1 310 nm发送, 输出光功率> 2 m W; 1 490 nm接收,接收灵敏度< - 30 d Bm; 工作速率1. 25 Gbit / s; 带尾纤FC接口; 非制冷型MQW FP-LD; 光隔离度> 30 d B; 串音/话<- 40 d B; 工作电压+3. 3 V; 工作温度范围0 ~ + 70 ℃。ADN2841的特点有: 工作范围50 Mbit /s ~ 2. 7 Gbit /s、上升/下降时间典型值80 ps、偏置电流2 ~ 100 m A、调制电流5 ~ 80 m A、监测光电二极管电流50 ~1 200 μA; 闭环控制功率和消光比、激光失败和下降告警、自动激光器关闭、全电流参数监测、可选定时数据、DWDM用双MPD。因此该方案满足EPON系统上行突发发送要求。
上行突发光发送电路原理图如图2所示。突发模式中的ADN2841只需要很少的外围元件,应用于全业务接入网( Full Service Access Networks,FSAN) 、无源光网络( Passive Optical Network,PON) 。2片具有采样和保持功能的环路电容C11、C12用于平均功率和消光比控制环路。它们的连接受模拟开关MAX4635控制,即系统发出发送使能信号2841控制开关MAX4635的通断。当2841为低电平时,开关短路,ADN2841的PAVCAP、ERCAP脚接地,激光器的偏置电流、调制电流为0。开关的开启时间为100 ns,通过调整ASET脚电压为0. 6 V还可以降低开启时间。当2841为高电平即开关打开时,C11、C12保持电压以获得合适偏置电流、调制电流。开关的响应时间要在20 ns以内,因为PON中的LDD还有其他时延。来自ONU的物理层的上行数据与ADN2841采用交流耦合方式( DATAP、DATAN脚的耦合电容分别是C9、C10) 。
3. 2上行突发光接收电路设计
上行突发光接收电路位于OLT端,主要由单纤双向组件HWT-4324-14313S中接收部分和带LA的多速率时钟和数据恢复集成芯ADN2809组成。HWT-4324-14313S的特点有: 单模光纤; 1 490nm发送,输出光功率> 2 m W; 1 310 nm接收,接收灵敏度< - 30 d Bm; 工作速率1. 25 Gbit / s; 带尾纤FC接口; 非制冷型MQW FP-LD; 光隔离度>30 d B; 串音/话< -40 d B; 工作电压正3. 3 V; 工作温度范围0 ~ + 70 ℃。ADN2809采用专利时钟恢复结构、低功耗、单参考时钟频率、单电源供电、1. 9 GHz最小带宽、工作速率可达2. 7 Gbit /s,量化器灵敏度、可调片水平低、信号丢失检测范围小、REFCLK选择多样、满足SO- NET的抖动要求,失锁指示,数据接口兼容多种标( LVPECL/LVDS/LVCMOS/LVTTL) ,可用于Gb E中。因此该方案满足EPON系统上行突发接收要求。
上行突发光接收电路如图3所示。HWT - 4324 - 14313S中的PIN检测来自光分路器的上行突发数据流, 再经过TIA放大送给ADN2809的LA。
ADN2809的主要外围电路设计如下:
1) 输入输出设计。HWT - 4324 - 14313S和ADN2809采用电阻直流耦合、上下拉电阻匹配,即R58、R60取值39 Ω,R40、R42取值180 Ω,R44、R48取值39 Ω。ADN2809到物理层芯片的恢复数据和时钟接口也需做阻抗匹配,即下拉电阻R22 ~ R25取值82 Ω,上拉电阻R18 ~ R21取值100 Ω。为了保证有数据和时钟输出,3个模式设置管脚SQUELCH、LOOPEN、BYPASS都应接到地信号上。
2) 参考时钟设置。ADN2809参考时钟有外部差分REFCLK、单端REFCLK、晶体3种配置方式。设计中采用第2种方式,晶振的振荡频率可选择19. 44 MHz, 38. 88 MHz,77. 76 MHz,155. 52 MHz四种,其值由管脚REFSEL、REFSEL[1. 0]决定。即XO1、XO2接高电平, REFCLKN悬空,REFCLKP接外部晶振。REFSEL必须为高电平( 低电平表示选择晶体) ,REFSEL[1. 0]为10选择77. 76 MHz。
3) 工作速率。ADN2809的工作速率由SEL[2. 0]决定,ADN2809有8种工作速率。EPON系统要求其工作在Gb E速率,必须将SEL[2. 0]设置为001。
3. 3下行连续光收发电路设计
下行连续光收发电路由下行连续光发送电路和下行连续光接收电路组成。
下行连续光发送电路位于OLT端,如图4所示。和上行突发光发送电路大体一样,为了满足1 490 nm发送的要求,单纤双向组件采用发送波长为1 490 nm的HWT - 4324 - 14313S。激光器驱动器采用ADN2841。只是要求ADN2841工作在连续模式下,PAVCAP、ERCAP脚分别通过电容接地,其余设置同ADN2841突发模式的设置。
下行连续光接收电路位于ONU端,如图5所示。和上行突发光接收电路大体一样,为了满足1 490 nm接收的要求,采用的单纤双向组件是HWT - 3424 - 14313S。 数据恢复采用ADN2809,其外围电路设计同上行突发光接收电路。
4光发送电路测试结果
首先进行连续模式的测试,测试参数为控制信号2814采用高电平,电容C11、C12为22 n F,常温环境,数据速率为1. 25 Gbit /s。测得结果如图6 ~ 图8所示。
图6是激光器的眼图,满足IEEE Std 802.3ah -2004标准中模板的要求。图7是激光器电信号输出,数字序列为10101101110101101101110110110。在图8中,通道1是平均光功率输出,为-1. 4 d Bm,满足1000BASE_LX10标准要求的> -11.0 d Bm; 通道2为使能信号2841,为高电平; 通道3为ADN2841驱动器9脚消光比电容ERCAP电压,为580 m V。
其次进行突发模式的测试,测试参数为控制信号2814是周期为1 ms的方波信号,电容C11、C12为22 n F, 常温,数据速率为1. 25 Gbit /s。测得结果如图9 ~ 图11所示。
在控制信号为高电平时,激光器有数据输出,而且激光器的开启时间为200 ns。在控制信号为低电平时,激光器没有数据输出,而且激光器的关闭时间为120 ns。根据IEEE Std 802. 3 1000BASE_LX10标准的要求,突发模式下光模块LD的光开关时间应小于512 ns。可见设计的光突发电路的开启、关闭时间均符合标准要求。
5结束语