浅析光传输设备双重保护的重要性
光传输的现状

  当前,光缆传输网已成为我国通信网和国民经济信息基础设施的主要部份,是公众电话网、通讯网络、安防监控等各种系统基础。光缆通信网络一旦阻断,将对项目中造成严重影响,给企业带来极大的经济损失。因此,光传输网络质量的好坏及线路的保护和恢复问题越来越引起人们的关注,也成为市场在争夺用户时重要的竞争焦点。

  实现光传输保护一般有两类方法:网络保护和网络恢复。在监控系统中,常常以保护机制作为第一道防线,对光纤阻断之类的公共失效故障。例如:光纤环网方式,当某个支点出现异常,则环网自动断开该点,形成点位缺失组环,保证其它传输正常运用,以获取时间对单点异常进行抢修时间。

光传输保护的需求

  随着光纤传输在监控行业应用,智能交通、高速公路运营环境的日趋竞争激烈,促使传输网络和光缆线路安全也愈加重要。光传输作为业务承载平台,系统传输的保护与恢复对于整个网络的运行能力有着重大的影响。因为,如何提高传输系统的可靠性是传输系统建设中重点考虑的问题,在影响传输系统可靠性的因素中,光传输线路的影响是最大的,一旦出现异常系统将处于瘫痪状态。而光传输链路几乎全部敷设在野外、长远距离,监控与管理难度大,网络安全受外部因素影响极大,意外故障发生率高。根据高速机电维护部门的统计,每年光传输出现的各种故障频有发生。

  传统光传输故障在高速机电项目中解决办法:抢修人员接报故障后,利用OTDR设备查找故障点定位,现场进行人工抢修,少则两三个钟,多则数天,即要封路还费时费力,给维护单位带来极大不便,故障修复时效性偏低。

应用介绍

图1

  如图1所示,在高速监控系统中可分为三个部分:前端信号采集部分、中端传输部份、后端显示及存储管理部分,监控系统项目随着网络化、高清化、智能化、集成化的发展,传输方式也不断进行技术升级和革新。

系统应用比较

  高速监控系统对传输设备在系统架构设计时有多种选择方式,最终达到的目的是相同的,而不同的传输设备各有优缺,在实际运用中如何选择系统架构传输设备尤其重要,往往是制约整个系统的进度、成本和安全的关键要素。那么,系统在组建设计时如何保证传输链路安全值得更加深刻的探讨与研究

光纤收发器传输应用

  光纤收发器传输以点对点双向传输,前后各对应放设备通过光纤连接起来,这种方式比较常见,以满足互连互通为主要目的,业务功能固定。

优点:

     价格低、技术成熟、运用灵活

     即插即用,对维护人员要求较低

缺点:

    无法对业务精确识别与控制,在大业务情况无法做到快速响应、控制丢包

   无法保证业务的连续性,系统的可靠性主要依赖于设备的本身

   功能单一适合于小型网络

   固定业务传输,需成对匹配使用

   光纤资源浪费,设备数目多,难以维护

EPON传输应用

  EPON通常可以树型、星型结构方式,以单点对多点网络模式,结合不同分光比的分光器形成以满足单点对多业务互通为主要目的,业务实现方式较为固定,多运用于下发用户较多的网络结构。

优点:

     业务扩展简单,通过更换光分路器即可增加

     光纤利用率高, 利用光纤光波进行分波复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输 

缺点:

     光分损耗严重,对光器件要求高

     传输距离受限、不适用于远距离传输

     链路无保护机制,出现故意易造成全网瘫痪

     操作复杂,厂商在现场进行分光调试

     兼容性差,各厂家产品无法互通

光保护型MIS

  光保护型MIS可运用于组建点对点、链、星、环形网络模式,应用大中型多业务网络传输接入层与汇聚层。 

优点:

     背板带宽大,数据转发速度快,支持高清视频实时传输

     组网灵活,应用大中型多业务网络,支持各类型业务接入

   端口根据网络的应用可选择不同的接口数量及形态(SFP、GE)

   支持VLAN的划分,有效对网络进行控制管理可抑制广播风暴

   数据吞吐量大、丢包率小、延迟低

   兼容性强,厂家互通性好,

   环网、光保护双重保护机制

缺点:

    价格略高

    操作复杂、需要配置

  本案运用到的本文重点阐述光保护型MIS,其可将前端监控节点的高清视频采集与情报板、气象监测、车流量检测、防拆报警等多业务数据采集汇聚,通过内部协议进行转换后可由网口或光纤口与上层区域进行数据传输,采用全千兆或万兆主干传输,支持冗余电源保护、多重保护机制,只需两纤组成一个环网,当环网中两台设备同时出现故障时,整个环路即失效,而系统中采用光保护型MIS即做到双重保护突显对信号实时有效传输保护机制,当环网出现异常,可自动自愈成环。当光纤链路出现异常现象(光衰、无光)光保护即起动备用光路,对光路进行自愈,保证当前设备上所有业务在环网内正常工作。

机遇与挑战
机遇

    高速监控系统进入智能化时代后,摄像机的清晰度大幅提高、大量数据RS232/RS485等业备传输对带宽要求越来越高。传输涉及系统的多个环节,从接入信号环节来看:

    1、如何保证信息的实时、有效传送;

    2、随着2K/4K高清视频的普及与发展趋势,如何确保传输对视频造成的时延、卡顿、花屏现象;

    3、在监控系统高度集成化的时代,不同业务通过不同标准的设备传输,对管理、运维、调试,如何简化管理等需要解决的问题带来了较大机遇。 

挑战

    光传输的不断建设与普及,业务需求已成倍增长,终端的光纤链路维护也日趋严峻,每一次链路故障对整个监控系统都将会带来一定影响,收入损失、维护绩效、业务开展、业主的信赖等问题日趋突显。如何提升传输网络链路安全更具挑战。

异常情况下,如何快速响应(小于20MS)恢复业务

    线路保护切换系统应用于物理层,当线路出现故障时,需快速反映并做出正确应急机制,省去人工查找及更换到备用线路所花费的时间,减少业务中断造成的影响。

建设升级扩容,方便维护

    在系统应用设计时及项目建设期,多有发生系统升级、业务增加状况,如何具有强大的扩充能力,适应比较复杂、高弹性扩充的网络架构,有利于网络的升级扩容,方便网络的维护,降低建设成本。

提升人工效率,达到迅速发现、准确判断、有效处理

    高速监控系统如传输链路出现异常,造成故障。如何快速恢复传输链路、迅速的恢复以太网光传输。并能让维护人员及时掌握、管理设备的工作状态,以及即时光缆监测、断路修复。提高工作效率,大幅降低光纤传输维护所需时间,节约维护成本。

预警显示,做到预防、预测、预知、预判。

      在设备链路异常时,保护设备只能被动接受信号指令,来切换链路。在数据高速传输及实时性的科技时代,对此类现象已不能完全满足,设备故障需提前预知,预判并提前预防。对传输与接收设备进行实时数据交互,采集当前数据信息对比,做到预知,可对采集数据进行对比后,做到预判;并通过数据对照与参考值进行自动保护,做到预防。

以太网交换机光传输双重保护的应用解析

  光保护型MIS的工作原理是当设备监测到工作链路传输中断或光衰劣化至一定值后,光保护型MIS设备将主信号自动转至备用光纤系统来传输,从而使接收端不受影响,接收到正常的信号而感觉不到网络出现了故障,它主要适用于点到点应用的保护。

图2

  如图2所示:解决方案可支持星型、链式、环网等不同的拓扑结构。在运用中可达到:环网支持RING、STP、RSTP协议,环网切换及自愈时间小于20ms.设备传输链路异常可在小于10ms时间内完成光路的切换,保证业务传输设备不受环网断点故障影响,设备可为光纤传输系统提供一套实用、可靠的解决方案,从而组建一个无阻断、高可靠性、安全灵活、抗灾害能力强的光纤传输系统。

  工作原理

图3

图4

定向耦合器中两耦合波导光功率周期性相互转换

行业市场化需求
电力行业

    自动化和工业通讯在电力行业的应用日益广泛,在水电、火电、风电、核电、太阳能供电等电力行业发电、输变电、配电过程中,需要全方位的数据采集和数据监控,且数据流量大。电力行业的设备工作环境十分恶劣,有时需要放置在室外机柜中,电磁干扰十分严重。实时、可靠和抗恶劣环境的双重保护型MIS成为电力工业联网和控制通讯的首选解决方案。

  在电力行业中,双重保护型MIS 已广泛用于电厂厂级监控信息系统、水电部调度监控系统、变电站无人值守系统,变电站综合通信系统、电力配网自动化系统等网络中。 

交通行业

    交通领域的工业以太网交换机主要在地铁、铁路等轨道交通及公路中应用。在现代交通系统中,实现实时的交通管理和环境监控需要相当多的设备来协助完成,如PLC、交通控制器、LED显示屏、IP电话和视频摄像机,大多数交通系统已经将TCP/IP做为设备通信的主要方式,光保护型MIS其优势在于可以大大降低安装费用,同时实现系统高度集成。

  例如:电力、交通行业整个系统需要传输大量的数据、视频和音频,其通信网络必须具备足够的带宽从而实现实时监控和控制,全千兆网络传输能力无疑是一种最佳的解决方案。

结束语

  以太网交换机光传输对多业务传输、双重保护已经有了长足的发展,为解决工业应用高清视频传输实时性、多业务传输实用性等问题有诸多方式,然光保护型MIS为解决双重保护、高清视频传输与多业务接入的问题而设计,虽然解决的方案不是唯一的,但是针对工业控制现场的实际需求出发,解决实际运用中的疑难问题。



文/江志荣  深圳市诺龙技术股份有限公司



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