专利名称：船舶动力装置运行控制信息传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及船舶动力装置控制领域，特别是涉及一种船舶动力装置运行控制信息传输系统。
背景技术：
船舶动力装置控制系统是保障船舶动力运行安全的重要系统。船舶动力装置运行控制信息传输系统作为船舶动力装置的重 要组成部分，承担着动力系统中各个设备、装置、监控台屏、显示终端之间的互联和通信功能，为动力装置系统的运行控制信息提供可靠、安全、实时的传输通道。与通用的信息传输系统相比，船舶动力装置运行控制信息传输系统的可靠性和实时性要求更高，需具备较强的抗毁能力，要求在部分通信线缆断裂或部分设备模块故障情况下仍然能正常工作，以保证动力装置运行安全。目前的船舶动力装置运行控制信息传输系统有两种。一种是传统的基于硬接线的较为可靠的模拟量直接连接方式，这种方式导致控制室内的电缆数量和接线端子数量多，设备接线、查线工作量巨大，并且设备改装升级也比较困难，使得运行参数信息传输、管理关系较为复杂，增加了维护难度；另一种是采用目前工业界成熟的网络通信技术，但由于船舶动力装置的运行使用环境较为苛刻，且对运行控制信息传输的可靠性、安全性和容错能力方面的要求均高于普通商用或工业用的运行控制信息传输系统，因此一般的网络通信设备无法直接应用于船舶动力装置系统。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种船舶动力装置运行控制信息传输系统，具有高可靠性、快速自愈、多层冗余的功能和特性，可满足船舶动力装置运行与控制运行控制信息的可靠性、安全性、实时性传输要求。本发明提供的船舶动力装置运行控制信息传输系统，包括3 8台网元设备，每台网元设备内部包括两个供电模块、两个光传输模块、两个交换通信模块，每台网元设备内部的两个光传输模块分别与相邻两侧的两个网元设备中的光传输模块相连，通过冗余多环光纤联成环状拓扑；在每台网元设备中，两个供电模块、两个光传输模块、两个交换通信模块均与该网元设备的主板相连，两个供电模块通过主板向两个光传输模块、两个交换通信模块供电，两个交换通信模块均通过千兆速率的接口同时连接到两个光传输模块，两个交换通信模块之间通过千兆通信链路相连，每台网元设备内部的两个光传输模块互为冗余，均用于实现该网元设备与其他网元设备之间的同步数据通信，每台网元设备内部的两个交换通信模块互为冗余，均用于向各用户的终端设备提供以太网业务接入功能，将以太网业务转换成底层的同步数字系列数据帧，实现整个环型网络上的各个终端设备之间的数据互通和运行控制信息传输。在上述技术方案中，外部接入用户的终端设备按照无冗余接入、跨端口接入、跨模块接入、跨网元接入的冗余等级接入到所述运行控制信息传输系统中。
在上述技术方案中，所述船舶动力装置运行控制信息传输系统包括第一网元设备、第二网元设备、第三网元设备、第四网元设备，第一网元设备包括第一供电模块、第一光传输模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第二光传输模块、第二供电模块，第二网元设备包括第三供电模块、第三光传输模块、第三交换通信模块、第四交换通信模块、第四光传输模块、第四供电模块，第三网兀设备包括第五供电模块、第五光传输模块、第五交换通信模块、第六交换通信模块、第六光传输模块、第六供电模块，第四网元设备包括第七供电模块、第七光传输模块、第七交换通信模块、第八交换通信模块、第八光传输模块、第八供电模块，其中，第一光传输模块与第三光传输模块通过光纤链路相连，第三光传输模块与第五光传输模块通过光纤链路相连，第五光传输模块与第七光传输模块通过光纤链路相连，第七光传输模块与第一光传输模块通过光纤链路相连，形成一个环状链路；第二光传输模块与第四光传输模块通过光纤链路相连，第四光传输模块与第六光传输模块通过光纤链路相连，第六光传输模块与第八光传输模块通过光纤链路相连，第八光传输模块与第二光传输模块通过光纤链路相连，形成一个冗余的环状链路。在上述技术方案中，所述外部接入用户的终端设备包括第一终端设备，所述第一终端设备通过2条以太网线接入到所述运行控制信息传输系统中，第一终端设备同时跨接 到第一网元设备中的一个交换通信模块和第三网元设备中的一个交换通信模块上，实现跨网元级别的冗余接入。在上述技术方案中，所述外部接入用户的终端设备包括第二终端设备，所述第二终端设备通过2条以太网线接入到所述运行控制信息传输系统中，第二终端设备同时跨接到第二网元设备的两个交换通信模块上，实现跨模块级别的冗余接入。在上述技术方案中，所述第一网兀设备包括第一主板,第一光传输模块、第二光传输模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第一供电模块和第二供电模块均与第一主板相连，第一供电模块和第二供电模块通过第一主板向各个功能模块供电，第一主板作为总线背板，实现供电和相互之间的信息交换功能；第一光传输模块和第二光传输模块均同时连接到相邻两侧的网元设备，保证第一网元设备的光纤链路冗余通信功能；第一交换通信模块和第二交换通信模块均通过千兆速率的接口同时连接到第一光传输模块和第二光传输模块，第一交换通信模块和第二交换通信模块之间也通过千兆通信链路相连。在上述技术方案中，在第一网元设备的机箱内部，第一供电模块和第二供电模块分别紧贴机箱内壁两侧布置，第一光通信模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第二光通信模块自左至右依次布置在第一供电模块与第二供电模块之间。在上述技术方案中，每台网元设备的功耗为120W。在上述技术方案中，各网元设备之间通过光纤链路实现2. 5Gbps的通信速率。在上述技术方案中，每台网元设备向用户终端设备提供32路网络通信接口，每个网络通信接口的通信速率为100Mbps。与现有技术相比，本发明的优点如下(I)本发明根据船舶动力装置运行需求以及运行控制信息传输的特点，采用冗余双环光纤网自动保护倒换和高可靠的网元设备板卡冗余热备份措施，设计了具有多层冗余结构和快速自愈能力的高度可靠的运行控制信息传输系统，实现冗余环网组网、船舶动力装置中大量控制和显示设备之间的互联、光纤链路保护倒换、功能板卡热备份和故障切换，为实现船舶动力装置全面监督和管理提供高可靠高速率的传输通道，为船舶动力装置的运行控制信息的传输提供安全保障。(2)任何一段光纤链路发送故障，均可自动执行保护倒换，保证整个系统的运行控制信息传输功能不受影响；多段光纤链路发送故障的情况下，各个网元设备根据网络实际拓扑状态自动收敛成单环或多个小环；跨接到多台网元设备的通信功能可不受影响。(3)每台网元设备都配置冗余双电源，每台网元设备的两个光传输模块、两个交换模块互为冗余热备份，部分重要终端设备采用跨模块冗余接入方式时，可确保任何一个功能模块发生故障的情况下，都不影响设备正常工作。·(4)同时跨接到2台网元设备上的终端设备，即使整台网元设备停机或毁掉导致完全失效，仍然不影响设备正常工作。(5)所有功能板卡均可实现在线热插拔。(6)系统管理软件可实现系统中各个网元设备、功能板卡的工作性能和状态的实时监视，能够发现并报告出现的端口、板卡、设备和链路等故障。
图1为本发明实施例中船舶动力装置运行控制信息传输系统的结构框图。图2为本发明实施例中单台网元设备的工作原理图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。本发明实施例提供一种船舶动力装置运行控制信息传输系统，包括31台网元设备，每台网元设备内部包括两个供电模块、两个光传输模块、两个交换通信模块，每台网元设备内部的两个光传输模块分别与相邻两侧的两个网元设备中的光传输模块相连，通过冗余多环光纤联成环状拓扑，保证该网元设备的光纤链路冗余通信功能；在每台网元设备中，两个供电模块、两个光传输模块、两个交换通信模块均与该网元设备的主板相连，两个供电模块通过主板向两个光传输模块、两个交换通信模块供电,主板作为总线背板,实现供电和相互之间的信息交换功能。两个交换通信模块均通过千兆速率的接口同时连接到两个光传输模块，两个交换通信模块之间通过千兆通信链路相连。各个功能模块之间形成双星型的冗余拓扑结构，从而保证任意一个功能模块失效均不会对其他模块产生影响。外部接入用户的终端设备可根据自身的重要程度以及对可靠性要求的不同，按照无冗余接入、跨端口接入、跨模块接入、跨网元接入等4个不同的冗余等级接入到该运行控制信息传输系统中。这些网元设备通过冗余多环光纤联成环状拓扑。其中，每台网元设备的主板向各个功能模块提供统一的 CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect,紧凑外部设备互联)，每台网元设备内部的两个供电模块负责向该网元设备内部的两个光传输模块、两个交换通信模块提供电源，每台网元设备内部的两个光传输模块互为冗余，均用于实现该网元设备与其他网元设备之间的同步数据通信，每台网元设备内部的两个交换通信模块互为冗余，均用于实现与用户终端设备之间基于以太网的数据传输交换。每台网元设备内部的两个供电模块同时向该网元设备的各个功能模块供电，当其中一个供电模块发生故障时，另一个供电模块可以提供整台网元设备工作所需的全部供电能力。另外，当两个供电模块同时工作时，可自动实现负载均衡功能，即保证两个供电模块的负荷基本相等，从而避免其中某个供电模块长期高负荷工作，使得两个供电模块经历相同的工作状态，从而具有相同的寿命和可靠性预期。每台网元设备内部的两个光传输模块提供2路光纤通信接口，每个接口通过一对光纤连接到相邻网元设备的对应光纤通信接口，从而使得每个光传输模块同时连接到与当前网元设备相邻的两台网元设备上。当其中一个光纤通信接口发生故障或与之相连的光纤链路断裂时，两个光传输模块均可自动执行保护倒换功能，在25毫秒 30毫秒之内快速实现自愈。另外，每台网元设备上的两个光传输模块之间互为冗余热备份，其中任何一个光传输模块发生故障，另外一个光传输模块可提供同样的功能，从而保证整台网元设备的功能不受影响。每台网元设备内部的两个交换通信模块向各用户的终端设备提供以太网业务接 入功能，将以太网业务转换成底层的SDH (Synchronous Digital Hierarchy,同步数字系列)数据巾贞，实现整个环型网络上的各个终端设备之间的数据互通和信息传输。每台网元设备上的两个交换通信模块之间互为冗余热备份，其中任意一个交换通信模块产生故障，都不会对另外一个交换通信模块产生影响。当终端设备通过两个独立的以太网口同时连接到两个交换通信模块上时，若其中一个交换通信模块产生故障，此时终端设备仍可通过另一个交换通信模块进行通信，从而保证数据传输功能不受到影响。每台网元设备内部的两个交换通信模块还通过软件实现了整个运行控制信息传输系统的状态监视和故障诊断，当管理终端通过特定的状态监视管理接口连接到任意一台网元设备上时，可通过特定的管理软件实时监视所有网元设备中的任意功能模块和任意端口的工作状态与性能信息，还可查看当前整个系统中的故障，包括光纤链路故障、功能模块故障、通信端口故障等。下面以4台网元设备为例进行说明。参见图1所示，船舶动力装置运行控制信息传输系统包括第一网元设备、第二网元设备、第三网元设备、第四网元设备，第一网元设备包括第一供电模块、第一光传输模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第二光传输模块、第二供电模块，第二网元设备包括第三供电模块、第三光传输模块、第三交换通信模块、第四交换通信模块、第四光传输模块、第四供电模块，第三网元设备包括第五供电模块、第五光传输模块、第五交换通信模块、第六交换通信模块、第六光传输模块、第六供电模块，第四网元设备包括第七供电模块、第七光传输模块、第七交换通信模块、第八交换通信模块、第八光传输模块、第八供电模块，其中，第一光传输模块与第三光传输模块通过光纤链路相连，第三光传输模块与第五光传输模块通过光纤链路相连，第五光传输模块与第七光传输模块通过光纤链路相连，第七光传输模块与第一光传输模块通过光纤链路相连，形成一个环状链路；第二光传输模块与第四光传输模块通过光纤链路相连，第四光传输模块与第六光传输模块通过光纤链路相连，第六光传输模块与第八光传输模块通过光纤链路相连，第八光传输模块与第二光传输模块通过光纤链路相连，形成一个冗余的环状链路。参见图1所示，外部接入用户的终端设备包括第一终端设备和第二终端设备，第一终端设备和第二终端设备各通过2条以太网线接入到该运行控制信息传输系统中，其中，第一终端设备同时跨接到第一网元设备中的一个交换通信模块和第三网元设备中的一个交换通信模块上，实现跨网元级别的冗余接入；第二终端设备同时跨接到第二网元设备的两个交换通信模块上，实现跨模块级别的冗余接入。下面以第一网元设备为例说明单个网元设备内部的结构。参见图2所不,第一网兀设备包括第一主板、第一光传输模块、第二光传输模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第一供电模块和第二供电模块，第一光传输模块、第二光传输模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第一供电模块和第二供电模块均与第一主板相连，第一供电模块和第二供电模块通过第一主板向各个功能模块供电，第一主板作为总线背板，实现供电功能以及其他各个通信模块之间的信息交换功能。第一光传输模块和第二光传输模块均同时连接到相邻两侧的网元设备，保证第一网元设备的光纤链路冗余通信功能；第一交换通信模块和第二交换通信模块均通过千兆速率的接口同时连接到第一光传输模块和第二光传输模块，第一交换通信模块和第二交换通信模块之间也通过千兆通信链路相连。各个功能模块之间形成双星型的冗余拓扑结构，从而保证任意一个功能模块失效均不会对其他模块产生影响。 在第一网元设备的机箱内部，第一供电模块和第二供电模块分别紧贴机箱内壁两侧布置，增强散热效果；第一光通信模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第二光通信模块自左至右依次布置在第一供电模块与第二供电模块之间。每台网元设备的功耗约为120W，各网元设备之间通过光纤链路实现2. 5Gbps的通信速率，每台网元设备向用户终端设备提供32路网络通信接口，每个网络通信接口的通信速率为100Mbps。当光纤链路产生故障时，系统一般能在约25毫秒 30毫秒内实现自愈；采用冗余链路接入到系统中的终端设备在任意一条链路或接口故障情况下，都能够实现正
常通信。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于包括:Γ8台网元设备，每台网元设备内部包括两个供电模块、两个光传输模块、两个交换通信模块，每台网元设备内部的两个光传输模块分别与相邻两侧的两个网元设备中的光传输模块相连，通过冗余多环光纤联成环状拓扑；在每台网元设备中，两个供电模块、两个光传输模块、两个交换通信模块均与该网元设备的主板相连，两个供电模块通过主板向两个光传输模块、两个交换通信模块供电，两个交换通信模块均通过千兆速率的接口同时连接到两个光传输模块，两个交换通信模块之间通过千兆通信链路相连，每台网元设备内部的两个光传输模块互为冗余，均用于实现该网元设备与其他网元设备之间的同步数据通信，每台网元设备内部的两个交换通信模块互为冗余，均用于向各用户的终端设备提供以太网业务接入功能，将以太网业务转换成底层的同步数字系列数据帧，实现整个环型网络上的各个终端设备之间的数据互通和运行控制信息传输。
2.如权利要求1所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于外部接入用户的终端设备按照无冗余接入、跨端口接入、跨模块接入、跨网元接入的冗余等级接入到所述运行控制信息传输系统中。
3.如权利要求2所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于所述船舶动力装置运行控制信息传输系统包括第一网元设备、第二网元设备、第三网元设备、第四网兀设备，第一网兀设备包括第一供电模块、第一光传输模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第二光传输模块、第二供电模块，第二网元设备包括第三供电模块、第三光传输模块、第三交换通信模块、第四交换通信模块、第四光传输模块、第四供电模块，第三网元设备包括第五供电模块、第五光传输模块、第五交换通信模块、第六交换通信模块、第六光传输模块、第六供电模块，第四网元设备包括第七供电模块、第七光传输模块、第七交换通信模块、第八交换通信模块、第八光传输模块、第八供电模块，其中，第一光传输模块与第三光传输模块通过光纤链路相连，第三光传输模块与第五光传输模块通过光纤链路相连，第五光传输模块与第七光传输模块通过光纤链路相连，第七光传输模块与第一光传输模块通过光纤链路相连，形成一个环状链路；第二光传输模块与第四光传输模块通过光纤链路相连，第四光传输模块与第六光传输模块通过光纤链路相连，第六光传输模块与第八光传输模块通过光纤链路相连，第八光传输模块与第二光传输模块通过光纤链路相连，形成一个冗余的环状链路。
4.如权利要求3所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于所述外部接入用户的终端设备包括第一终端设备，所述第一终端设备通过2条以太网线接入到所述运行控制信息传输系统中，第一终端设备同时跨接到第一网元设备中的一个交换通信模块和第三网元设备中的一个交换通信模块上，实现跨网元级别的冗余接入。
5.如权利要求3所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于所述外部接入用户的终端设备包括第二终端设备，所述第二终端设备通过2条以太网线接入到所述运行控制信息传输系统中，第二终端设备同时跨接到第二网元设备的两个交换通信模块上，实现跨模块级别的冗余接入。
6.如权利要求3所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于所述第一网兀设备包括第一主板，第一光传输模块、第二光传输模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第一供电模块和第二供电模块均与第一主板相连，第一供电模块和第二供电模块通过第一主板向各个功能模块供电，第一主板作为总线背板，实现供电和相互之间的信息交换功能；第一光传输模块和第二光传输模块均同时连接到相邻两侧的网兀设备，保证第一网元设备的光纤链路冗余通信功能；第一交换通信模块和第二交换通信模块均通过千兆速率的接口同时连接到第一光传输模块和第二光传输模块，第一交换通信模块和第二交换通信模块之间也通过千兆通信链路相连。
7.如权利要求6所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于在第一网兀设备的机箱内部，第一供电模块和第二供电模块分别紧贴机箱内壁两侧布置，第一光通信模块、第一交换通信模块、第二交换通信模块、第二光通信模块自左至右依次布置在第一供电模块与第二供电模块之间。
8.如权利要求1至7中任一项所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于每台网元设备的功耗为120W。
9.如权利要求1至7中任一项所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于各网元设备之间通过光纤链路实现2. 5Gbps的通信速率。
10.如权利要求1至7中任一项所述的船舶动力装置运行控制信息传输系统，其特征在于每台网元设备向用户终端设备提供32路网络通信接口，每个网络通信接口的通信速率为 100Mbps。
全文摘要
本发明公开了一种船舶动力装置运行控制信息传输系统，涉及船舶动力装置控制领域，该系统包括3~8台网元设备，每台网元设备包括两个供电模块、两个光传输模块、两个交换通信模块，每台网元设备的两个光传输模块分别与相邻两侧的两个网元设备的光传输模块相连，通过冗余多环光纤联成环状拓扑；每台网元设备中两个供电模块、两个光传输模块、两个交换通信模块均与主板相连，两个供电模块通过主板向其它模块供电，两个交换通信模块均通过千兆速率的接口同时连接到两个光传输模块，两个交换通信模块之间通过千兆通信链路相连。本发明具有高可靠性、快速自愈性、多层冗余性，可满足船舶动力装置运行控制信息传输的可靠性、安全性、实时性要求。
文档编号H04B10/25GK103023558SQ20121051692
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者熊卿, 丁玮, 孙建华, 汪伟, 徐斌, 张晓辉, 江炜 申请人:中国船舶重工集团公司第七一九研究所