波分复用光传输系统中光监控通道装置、系统及实现方法

摘要

本发明提供了一种光监控通道装置、系统和实现方法,能支持两个、四个以至更多方向的信息接收和传送,能够对多个方向恢复的数据用同一个时钟进行同步,通过数据交换实现多个方向上信息的共享,监控通道还具有故障检测和处理、CMI编解码、时钟倒换、监控信息处理等功能,并为用户提供透明的传输通道,可以根据系统的需要灵活调整信道的使用情况而无需改变硬件,能够满足点对点系统、十字交叉系统和其他系统对监控通道的要求。

说明书

本发明属于光传输技术领域，尤其是涉及波分复用(WDM)光传输技术。

WDM要求在光纤中传送有关的网元管理和监控信息；信息格式符合G.704规定的PCM30/32基群格式，在每个中继站上信息都能够被接收下来，还可以附加上新的信息；监控通道中还要有公务信道和用户透明通道；光纤中传输的码型是CMI码。

在现有的WDM中，监控通道只支持点对点系统，不支持十字交叉功能；而且没有做时钟同步。不支持十字交叉，就不能实现对两个交叉网络的共同管理。没有时钟同步，则监控通道在处理不同方向的数据时，要用各自方向的时钟，当需要对不同方向的数据混合组帧时，就会有很大的难度；而且使得与其它设备问要有多个时钟线和数据线，接口很复杂。

本发明的目的就是提供波分复用光传输系统中光监控通道装置、系统及实现方法，为各种管理和监控信息提供一条可靠的通道，使得我们能够对系统进行管理，及时获取各种信息。本发明不仅支持点对点系统，而且支持十字交叉的两个网络以至更多的通话方向，能够用同一套管理系统同时管理两个网络，实现信息的共享。

本发明提供了一种波分复用光传输系统中的光监控通道板，包括：

光收发模块，用来进行光电转换；

CMI编解码模块，用来完成CMI的编解码；

时钟倒换及控制逻辑模块，用来完成主时钟的选择、时钟倒换以及各种控制逻辑；

用户通道提取恢复模块，用来完成对用户通道数据的采样和恢复

CPU控制单元，用来控制整个监控通道的工作，并实时检测工作状态，将各种告警信息和事件及时上报给网管；

其特征在于它还包括：

时钟提取电路，用来将电信局送来的信号进行处理，并从其中提取出时钟信号；

时钟同步电路，用来实现各个方向信息的同步；

数据交换电路，用来实现信道提取、组帧和各个方向信息的共享；

如上所述的光监控通道板，其特征还在于所述的时钟同步电路在输入信号和输出信号之间设置了一个缓存器，利用从接收信号中提取的时钟将数据写入缓存器，然后用基准时钟将缓存器中的数据读出，使不同相位和速率的各路数据流强制同步。

如上所述的光监控通道板，其特征还在于所述的数据交换电路中设置了一个缓存器，缓存器由多个缓存单元组成，信号输入时，将输入的PCM信号写入到缓存器中，缓存器的一个缓存单元存储PCM一个信道的数据；信号输出时，通过软件控制将缓存单元中的数据进行顺序上的任意组合，再转换成PCM信号输出。

由如上所述的光监控通道板组成的光监控通道系统，能够支持十字交叉的两个网络，其特征在于光监控通道由两块监控通道板构成，每块监控板上有两个光收发模块，两块监控板将各自收到的信息互送给对方，并通过时钟同步和数据交换，实现四个方向上信息的共享。

一种如上所述的光监控通道系统的实现方法，其特征在于信号的接收过程包括如下步骤：

1)光电转换，两块监控通道板的光收发模块还将各自收到的信息互送给对方；

2)CMI解码；

3)主时钟选择，时钟倒换；

4)时钟同步；

5)信道提取；

6)用户通道恢复。

如上所述的光监控通道系统的实现方法，其特征在于步骤2)所述的CMI解码的过程如下：

1)在PCM码转换为CMI码前，先在某一个信道中插入特征码；

2)在CMI码转换为PCM码的反变换过程中，不停地检测插入的特征码；

3)检测到该特征码后，按照特征码确定的边界进行反变换。

如上所述的光监控通道系统的实现方法，其特征还在于步骤3)所述的时钟的倒换采用了自由倒换模式，监控通道对所有可选时钟进行自动检测，按照预先设定的优先级进行时钟自动倒换；当由于某种原因使得目前的主时钟无效时，监控通道能够自动切换到低一个优先级的时钟上去；当原时钟信号恢复后，又能够自动切换回原来的时钟；当两个站点间光纤断开时，该特征使得其它各站还能够正常通信。

如上所述的光监控通道系统的实现方法，其特征还在于步骤4)所述的时钟同步的过程如下：

1)利用从接收信号中提取的时钟将数据写入时钟同步电路中的缓存器；

2)用基准时钟将缓存器中的数据读出，使不同相位和数率的各路数据流强制同步；在网络的十字交叉点处，一个网络的监控通道使用另一个网络的主时钟作为基准时钟，从而实现两个网络的时钟同步。

如上所述的光监控通道系统的实现方法，其特征还在于步骤5)所述的信息的提取、交叉和组帧由数据交换电路实现，信号输入时，将输入的PCM信号写入到数据交换电路的缓存器中，缓存器的一个缓存单元存储PCM一个信道的数据：信号输出时，通过软件控制将缓存单元中的数据进行顺序上的任意组合，再转换成PCM信号输出。

本发明的优点在于支持多个方向，尤其是在十字交叉系统中四个方向的信息接收和传送，能够对四个方向恢复的数据用同一个时钟进行同步，大大减少了监控通道与其它设备的接口数据线和时钟线数量。本监控通道还具有故障检测和处理、时钟倒换、CMI编解码、监控信息处理等功能，还能够根据系统的需要灵活调整对各种设备的信道分配而不需要改变硬件，满足十字交叉条件下对监控通道的要求。本发明克服了现有监控通道技术中信道提取和组帧的困难，克服了不能支持十字交叉网络的缺点，使得信息的共享得以实现。

现结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的描述。

图1给出的是十字交叉点处两块监控通道板的连接关系图。

图2是本发明提供的监控通道板的总体框图。

图3是现有的监控通道板的总体框图。

图4是十字交叉点处主时钟的选择及信号流动示意图。

图5给出的是时钟同步电路204的结构示意图。

图6给出的是数据交换电路205的结构示意图。

如图1所示。在十字交叉网络的十字交叉点处，光监控通道是由两块监控通道板实现的。两块监控通道板将各自收到的两个方向的信息互送给对方，这样每一块监控通道板收到四个方向的信息，再通过时钟同步和数据交换，实现不同方向上信息的共享。而在点对点系统中，光监控通道的实现只需要一块监控通道板。101和102分别表示两块监控通道板，每块监控通道板上有两个光收发模块负责两个方向信号的光电转换。K1是101送给102的两个方向的信息，K2是102送给101的两个方向的信息，K3是101和102互送给对方的时钟。在实际工作时，101使用102送来的时钟作为主时钟，或者102使用101送来的时钟作为主时钟，这样十字交叉点处的时钟就实现了同步。

以下结合图2来介绍光监控通道中每一块监控通道板的结构。

如图2所示，本发明提供的监控通道板由以下模块组成：

光收发模块201的作用是光电转换。光收发模块201在接收时，将接收到的光信号恢复成CMI电信号，同时提取出4MHz的时钟信号；发送时直接将CMI电信号转换成光信号，十字交叉系统中光收发模块201还完成两个监控通道板之间信息的互送。

CMI编解码模块202完成CMI的编解码。按照标准要求，光路上传输的码型是CMI码，CMI的速率是PCM的两倍，一位PCM码由两位CMI表示。由PCM信号转换成CMI信号只需按照规律变换，具体的编码规则可参见表1：但是在反变换时，需要确定CMI码的边界，也就是说必须确定由哪两位CMI码变换成一位PCM码。变换时如果边界错了一位，后面恢复的数据就会跟着全错。本发明采用了如下的编解码方法：在PCM转换成CMI码前，先在某一个信道中插入特征码，该信道可以是任意的未分配用途的信道；反变换时，一直不停地检测该特征码，检测到后，按照特征码确定的边界进行反变换。如果PCM信号中出现了跟特征码相同的信息，也没有关系，因为该信息只是增加了确定反变换边界的机会，进一步保证了反变换的准确性。在确定特征码时，没有什么特殊要求，只要保证在CMI错移一位的情况下，该码不会出现即可。

表1 CMI编码规则

二进制CMI码模式1模式20010110011

CPU控制单元203用来控制整个监控通道的工作，并实时检测工作状态，将各种告警信息和事件及时上报给网管。

时钟同步电路204的作用是同步CMI编解码模块202送来的PCM信号，即完成时钟的同步。信号在光纤中传输时，由于传输距离的不同以及温度的变化等因素，使得4个方向的信号在到达某一个站点时并不同步，存在着相位漂移和频率抖动等现象，如果不做同步处理，将无法实现在四个方向上信息的任意交叉。本发明的时钟同步是按如下方式实现的：首先在每一路输入信号和输出信号之间设置一个缓存器，利用从接收信号中提取的时钟将数据写入缓存器；用基准时钟将缓存器中的数据读出，使不同相位和数率的各路数据流强制同步，在网络的十字交叉点处，一个网络的监控通道使用另一个网络的主时钟作为基准时钟，从而实现两个网络的时钟同步。

数据交换电路205完成信息的提取、交叉和组帧，即信道提取，也就是从接收到的PCM信号中提取出各种设备使用的信道，同时将各种设备送来的信号组帧成PCM信号送到CMI编解码模块202。由于数据交换电路205能够对输入的PCM信号中的信道进行任意组合，所以使得监控通道可以灵活调整分配给各设备使用的信道而不需要改变硬件。

时钟提取电路206的作用是将电信局送来的2MHz信号和2Mbps信号进行处理，分别从其中提取出2MHz时钟信号，送给207模块。

时钟倒换及控制逻辑模块207用来完成主时钟的选择、时钟倒换以及各种控制逻辑，并对有特殊时钟要求的电路提供时钟相位调整。在任意一个站点，存在着多个时钟源，包括电信局的2MHz时钟、2Mbps信号中抽出的时钟，4个方向的信号中抽出的时钟，以及本振时钟等，这些时钟的优先级是不相同的，具体采用哪一个时钟由网管确定。监控通道采用主从方式，主站由网管从2MHz、2Mbps和本振中指定一个主时钟，在任意时刻都以该时钟转发数据；而从站都以相邻主时钟站点方向的信号中抽取的时钟作为主时钟来转发数据。

监控通道有自由倒换和非自由倒换两种时钟倒换模式。在自由倒换模式下，监控通道对所有可选时钟进行自动检测，按照预先设定的优先级进行时钟倒换。对时钟的检测方法是：

1)在一定的时间内记录时钟的翻转次数，如果不在预先设定的范围内，就认为时钟不正常。

2)对于从信号中抽取的时钟，还要根据信号的有无(如果光纤断开，则没有信号)来确定时钟是否正常。这种自由倒换模式是非常有用的。例如：对于一个从站，如果主时钟方向来的光纤断开，从站将会切换到低一等级的时钟上，等线路恢复后，再切换回原时钟。时钟自由倒换是本发明中的一个关键技术。在非自由时钟倒换模式下，时钟不自动倒换，必须由软件强制倒换。

用户通道提取恢复模块208用来完成对用户通道数据的采样和恢复。

图3是现有的监控通道板的总体框图。通过图2和图3的比较可以看出，现有的监控通道不提供时钟同步和数据交换功能。正是由于没有这些功能，使得监控通道与其它设备的接口很复杂，而且无法实现不同方向上信息的交叉复用，自然也就不能支持十字交叉功能。

下面我们分别介绍信号的接收和发送过程。

信号的接收过程如下：

光收发模块201完成光电转换，在十字交叉系统中，两块监控通道板的光收发模块201还将各自收到的信息互送给对方：光收发模块从光路中恢复出数据和时钟后，将其送给CMI编解码模块202，CMI编解码模块202将CMI信号恢复成PCM信号，然后将时钟和数据一并送给时钟同步电路204；同时时钟倒换及控制逻辑模块207根据优先级或网管要求选择出一个主时钟，送给时钟同步电路204，并且在光信号丢失时能够自动选择出另一个时钟做为主时钟；时钟同步电路204收到4个方向送来的时钟和数据(在非十字交叉点只收到两路时钟和数据)，然后用时钟倒换及控制逻辑模块207送来的主时钟对这4路数据进行同步，同步后的信号送给数据交换电路205；数据交换电路205从PCM信号中提取出信息送给用户通道提取恢复模块208和其它相应的设备。

信号的发送过程如下：

数据交换电路205在送出数据的同时也将同步时钟送给了外部设备，包括主控设备和公务设备等，这样，所有设备都以这个时钟为基准，所以数据交换电路205收到信息后不需要同步，直接将各种信息交换到相应的信道上即可。数据交换电路205模块组帧完毕，就将信号送到CMI编解码模块202，CMI编解码模块202将PCM信号变换成CMI信号，然后将CMI信号送到光收发模块201，转换成光信号，送到光纤上进行传输。

图4给出了十字交叉点处信号的流动方向示意图。将向下的方向定位A向，向上的方向定位B向，向右的方向定位C向，向左的方向定位D向，其中A向为主站方向。其中通过该图可以看到，监控通道收到了A、B、C、D四个方向的时钟和信号。主站以自己的主时钟对这4路信号进行同步，从站以从主时钟方向来的信号中抽取的时钟为主时钟，对4路信号进行同步。

图5是时钟同步电路的示意图。时钟同步电路有一个8KHz主帧频输入，一个2MHz主时钟输入，4个2MHz时钟输入，4个信号输入，4个信号输出。其中4个2MHz时钟和4个信号是相互对应的；主8KHz和2MHz是4路输出信号的同步时钟。时钟同步电路有4个缓存器，分别对应四路输入信号。输入信号被对应的时钟写入缓存器，然后缓存器中的数据被主时钟读出并转换成PCM信号输出。由于四个缓存器的读出时钟只有一个，所以输出的4路信号是同步的。

图6给出了数据交换电路的结构示意图。K61、K62分别表示数据交换电路的输入和输出PCM信号。输入信号K61首先被存贮到的缓存器中，缓存器由32个缓存单元组成(一路输入对应32个缓存单元，图中只画出了8个缓存单元，如果有N路输入，则有N×32个缓存单元)，一个缓存单元存贮一个信道的数据；输出时，将缓存单元中的数据读出，然后插入到输出信号K62的信道中去；缓存单元的读出顺序是任意的，这样就实现了对输入信号的信道提取、交换和组帧功能。

本发明提供的方法和装置并不仅仅局限于应用在十字交叉系统中。在实际应用中，通过增加监控通道板和接口数据线的数量，构筑的监控通道可以支持更多的方向。例如，要支持N个方向(N为偶数)，需要N/2块监控板，由于每块监控板跟其它监控板都通过4根数据线连接(2收2发)，所以任意一块监控板都需要2×N根数据线。