一种全光链路数字化的建模方法与流程

1.本发明涉及光链路技术领域，具体为一种全光链路数字化的建模方法。


背景技术：

2.光链路原理是用各种不同的光学方法来实现网络的互连级，就可得到各种不同拓扑结构的自由空间光学互连网络。一般由光发送机(电/光转换器)、光纤、光接收机(光/电转换器)及其它必需的光器件(如光放大器、光连接器、光分路器和光衰减器等)组成。
3.现有的光链路框架在实际使用时可能会因为某根光纤的故障导致相关联的同类型链路的整体脉冲信号受到影响，此时为了排查光链路的具体问题所在需要耗费很多时间和成本，因此需要一种光链路数字化的集合模型对其进行统计观察，第一时间检测排查光链路的故障或者问题发生所在。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种全光链路数字化的建模方法，能够对光纤产品的拓扑标记，实现光纤的数字化，并建立光链路数字孪生模型，实现全光链路的数字化。
5.本发明的第二个目的在于提出一种全光链路数字化的建模装置。
6.本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备。
7.本发明的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
8.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提供一种全光链路数字化的建模方法，所述方法至少包括以下步骤：
9.将具有独特编码码元分布的光纤物理编码嵌入不同类型/场景的光链路,对其进行标记；
10.接收不同类型/场景光链路的光信号，并将光信号解码为电信号；
11.收集不同类型/场景光链路的电信号，并将电信号转译为数字信号；
12.根据不同类型/场景光链路的数字信号，建立整体的数字孪生模型，并虚拟成像。
13.优选的，所述光链路中，至少包括：
14.光纤、光接收器、光发射器、光中继器、光纤编码器、光纤编码解调器；
15.所述光纤用于传输光信号；
16.所述光接收器用于接收光信号；
17.所述光发射器用于发射光信号；
18.所述光中继器用于补偿光信号的损耗和消除信号畸变及噪声影响；
19.所述光纤编码器用于以不同的波长编码码元为基础对光信号进行物理编码；
20.所述光纤编码解调器用于对编码后的光信号进行解码。
21.优选的，所述将具有独特编码码元分布的光纤物理编码嵌入不同类型/场景的光链路,对其进行标记，包括：
22.对光链路类型/场景进行拓扑分类,将不同的光链路类型/场景分为场景a、场景b、
……
场景n；
23.根据光链路类型/场景的拓扑分类，对不同的光纤物理编码进行相应拓扑分类，分为编码a、编码b、
……
编码n。
24.优选的，所述对光链路类型/场景进行拓扑分类,将不同的光链路类型/场景分为场景a、场景b、
……
场景n，至少包括：
25.所述场景a又根据不同的光纤分布分为光链路a1、光链路a2、
……
光链路an；
26.所述场景b又根据不同的光纤分布分为光链路b1、光链路b2、
……
光链路bn。
27.优选的，所述根据光链路类型/场景的拓扑分类，对不同的光纤物理编码进行相应拓扑分类，分为编码a、编码b、
……
编码n，至少包括：
28.根据所述场景a内的不同的光纤分布,将光纤物理编码相应分为编码a1、编码a2
……
编码an；
29.根据所述场景b内的不同的光纤分布,将光纤物理编码相应分为编码b1、编码b2
……
编码bn。
30.优选的，所述光纤物理编码是通过pcs物理编码子层为基础进行的，pcs子层位于协调子层(通过gmii)和物理介质接入层(pma)子层之间；
31.所述光纤物理编码的类型为nrz码、nrzi码、mlt-3码、、ami码、hdb3码、b3zs码、b8zs码、cmi码、manchester码中的任一种；
32.且接口类型为e1、t1、e3、t3、e4、stm-1e、stm-no、10base-t、100base-tx、100base-fx、1000base-sx/lx中的任一种。
33.优选的，所述根据不同类型/场景光链路的数字信号，建立整体的数字孪生模型，并虚拟成像，包括：
34.对全光链路的物理分布和几何架构进行三维建模，还包括对全光链路的路线状态、接口、传输信息进行全数字化建模，并通过cad、matlab、revit、catia中的任一工具进行建模。
35.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提供一种全光链路数字化的建模装置，包括：
36.编码模块，其用于将具有独特编码码元分布的光纤物理编码嵌入不同类型/场景的光链路,对其进行标记；
37.解码模块，其用于接收不同类型/场景光链路的光信号，并将光信号解码为电信号；
38.收集模块，其用于收集不同类型/场景光链路的电信号，并将电信号转译为数字信号；
39.建模模块，其用于根据不同类型/场景光链路的数字信号，建立整体的数字孪生模型，并虚拟成像。
40.为达到上述目的，本发明第三方面实施例提供一种全光链路数字化的建模设备，所述全光链路数字化的建模设备为实体设备，所述全光链路数字化的建模设备包括：。
41.为达到上述目的，本发明第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的全
光链路数字化的建模方法。
42.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
43.将具有独特编码元分布的光纤物理编码嵌入光纤，并根据不同类型、不同使用场景的光链路进行分类标记，完成对光纤产品的拓扑标记，实现光纤产品的数字化；通过建立不同类型、不同使用场景的具有拓扑性质的光链路数字孪生模型，将光纤物理编码嵌入到不同类型的光纤产品上，实现光纤网络各组成部件的数字化，从而实现全光链路的数字化。
附图说明
44.图1为本发明实施例提供的一种全光链路数字化的建模方法的主流程图；
45.图2为本发明实施例提供的一种全光链路数字化的建模方法的具体步骤流程图；
46.图3为本发明另一实施例提供的一种全光链路数字化模型的故障检测步骤流程图；
47.图4为本发明实施例提供的一种全光链路数字化的建模方法的反向结构思维导图；
48.图5为本发明实施例提供的一种全光链路数字化的建模装置的结构框图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.本实施方式的方法的执行主体为终端，所述终端可以为手机、平板电脑、掌上电脑pda、笔记本或台式机等设备，当然，还可以为其他具有相似功能的设备，本实施方式不加以限制。
51.实施例1
52.请参阅图1和图4，本发明提供一种全光链路数字化的建模方法，所述方法应用于光链路数字化建模，方法至少包括以下步骤：
53.步骤101，将具有独特编码码元分布的光纤物理编码嵌入不同类型/场景的光链路,对其进行标记。
54.具体的，所述将具有独特编码码元分布的光纤物理编码嵌入不同类型/场景的光链路,对其进行标记，包括：
55.对光链路类型/场景进行拓扑分类,将不同的光链路类型/场景分为场景a、场景b、
……
场景n；所述场景a又根据不同的光纤分布分为光链路a1、光链路a2、
……
光链路an；所述场景b又根据不同的光纤分布分为光链路b1、光链路b2、
……
光链路bn；并以此类推，进行拓扑分类。
56.根据光链路类型/场景的拓扑分类，对不同的光纤物理编码进行相应拓扑分类，分为编码a、编码b、
……
编码n；根据所述场景a内的不同的光纤分布,将光纤物理编码相应分为编码a1、编码a2
……
编码an；根据所述场景b内的不同的光纤分布,将光纤物理编码相应分为编码b1、编码b2
……
编码bn；并以此类推，进行拓扑分类。
57.步骤102，接收不同类型/场景光链路的光信号，并将光信号解码为电信号。
58.步骤103，收集不同类型/场景光链路的电信号，并将电信号转译为数字信号。
59.其中，所述光链路中，至少包括：
60.光纤、光接收器、光发射器、光中继器、光纤编码器、光纤编码解调器；
61.所述光纤用于传输光信号；所述光接收器用于接收光信号；所述光发射器用于发射光信号；所述光中继器用于补偿光信号的损耗和消除信号畸变及噪声影响；所述光纤编码器用于以不同的波长编码码元为基础对光信号进行物理编码；所述光纤编码解调器用于对编码后的光信号进行解码。
62.具体的，所述光纤物理编码是通过pcs物理编码子层为基础进行的，pcs子层位于协调子层(通过gmii)和物理介质接入层(pma)子层之间；pcs子层完成将经过完善定义的以太网mac功能映射到现存的编码和物理层信号系统的功能上去。pcs子层和上层rs/mac的接口由xgmii提供，与下层pma接口使用pma服务接口；pcs子层负责8b/10b编码解码和crc校验，并集成了负责channel绑定和时钟修正的弹性缓冲，8b/10b编码可以避免数据流中出现连0连1的情况，便于时钟的恢复，channel绑定通过在发送数据流中加入p字符来将几个rocketio通道绑定成一个一致的并行通道，从而来提高数据的吞吐率，最多支持24个通道的绑定，弹性缓冲可以解决恢复时钟与本地时钟的不一致问题，并进行数据率的匹配，从而使得channel绑定成为可能，对rocket io模块的配置，可以通过下面两种方式进行：静态特性可以通过hdl代码设置；动态特性可以通过rocketio的原语端口进行配置。
63.所述光纤物理编码的类型为nrz码、nrzi码、mlt-3码、ami码、hdb3码、b3zs码、b8zs码、cmi码、manchester码中的任一种；且接口类型为e1、t1、e3、t3、e4、stm-1e、stm-no、10base-t、100base-tx、100base-fx、1000base-sx/lx中的任一种。
64.其中，nrz码即non-return to zero code,非归零码，光接口stm-no、1000base-sx、1000base-lx采用此码型，nrz是一种很简单的编码方式，用0电位和1点位分别二进制的“0”和“1”，编码后速率不变。
65.nrzi即non-return to zero inverted，非归零反转码，光接口100base-fx使用此码型，编码不改变信号速率，nrzi编码规则：如果下一个输入二进制位是“1”，则下一个编码后的电平是当前电平跳变后的电平；如果下一个输入二进制位是“0”，则编码后的电平与当前保持一致，nrz和nrzi都是单极性码，即都只有正电平和零电平，没有负电平，所以nrz和nrzi码中有很多直流成份，不适合电路传输，并且nrz和nrzi编码本身不能保证信号中不包含长连“0”或长连“1”出现，不利于时钟恢复且接口类型为e1、t1、e3、t3、e4、stm-1e、stm-no、10base-t、100base-tx、100base-fx、1000base-sx/lx中的任一种。
66.mlt-3即multi-level transmit-3，多电平传输码，mlt-3码跟nrzi码有点类型，其特点都是逢“1”跳变，逢“0”保持不变，并且编码后不改变信号速率。如nrzi码不同的是，mlt-3是双极性码，有
”‑
1”、“0”、“1”三种电平，编码后直流成份大大减少，可以进行电路传输，100base-tx采用此码型。
67.mlt-3编码规则：如果下一输入为“0”，则电平保持不变；如果下一输入为“1”，则产生跳变，此时又分两种情况。如果前一输出是“ 1”或“－1”，则下一输出为“0”；如果前一输出非“0”，其信号极性和最近一个非“0”相反。
68.ami即alternate mark inversion，信号交替反转码，典型的双极性码，ami类型的
编码有hdb3、b3zs、b8zs等。
69.ami编码规则：输入的“0”仍然是0，输入的“1”交替的变换为 1、-1。
70.hdb3即high density bipolar of order 3code，三阶高密度双极性码，编码规则：当原码没有四个以上连“0”串时，ami码就是hdb3码；当出现四个以上连“0”串时，将第四个“0”变成与其前面一非“0”同极性的符号，由于这个符号破坏了极性交替反转的规则，因此叫做破坏符号，用v符号表示( 1为 v，-1为-v)，相邻的v符号也需要极性交替；当v符号之间有奇数个非“0”时，是能满足交替的，如为偶数，则不能满足，这时再将该小段的第一个“0”变成“ b”或“－b”，b符号与前一个非“0”符号相反，并让后面的非“0”符号从v符号开始交替变化。
71.b3zs即bipolar with three-zero substitution，三阶双极性码，t3线路用此编码。
72.编码规则与hdb3相同，只是编码后能允许最多连“0”的个数从hdb3的三个减小到两个。
73.b8zs码：b8zs即bipolar with eigth-zero substitution，八阶双极性码，如果源码中没有8个或以上连“0”串时，这时ami码就是b8zs码，如果有8个或以上连“0”时，将8个“0”替换成“000vb0vb”，其他规则同hdb3码，t1线路采用此编码。
74.cmi即code mark inversion，信号反转码；编码规则：输入的“1”交替用-1和 1表示，“0”用电平从-1到 1的跳变表示，也就是一个上升沿。e4和smt-1e线路采用此编码，编码后信号速率被提高，其实是以牺牲带宽来换取传输特性。
75.manchester码：使用电平从 1到-1的变化表示“0”，使用电平从-1到 1的变化表示“1”,编码效率低，只有50％，同cmi一样，是拿带宽换取传输特性，10base-t使用此编码。
76.也就是说，不管是通过在哪种类型/场景的光链路中对其进行编码，只要通过合适的编码方式对其进行物理编码，就可对光纤永久标记，实现数字化管理。
77.步骤104，根据不同类型/场景光链路的数字信号，建立整体的数字孪生模型，并虚拟成像。
78.具体的，数字孪生指的是在信息化平台内模拟物理实体、流程或者系统，类似实体系统在信息化平台中的双胞胎，借助数字孪生，可以在全光链路上了解光纤实体的状态，甚至可以对光链路里面预定义的接口组件进行控制，从而帮助组织监控运营、执行预测性维护和改进流程，数字孪生技术要求在数字空间构建物理对象的数字化表示，现实世界中的物理对象和数字空间中的孪生体能够实现双向映射、数据连接和状态交互，基于实时传感等多元数据的获取，孪生体可全面、精准、动态反映物理对象的状态变化，包括外观、性能、位置、异常等，因此通过数字孪生为基础进行建模即可实时监控全光链路的运行状态以及光链传输走向等信息。
79.其中，对全光链路的物理分布和几何架构进行三维建模，还包括对全光链路的路线状态、接口、传输信息进行全数字化建模，并通过cad、matlab、revit、catia中的任一工具进行建模。
80.在对全光链路数字孪生模型进行建模时，无论通过上述哪个工具，均可对该模型进行搭建，在本发明实施例中不做具体限定。
81.实施例2
82.为了更好的对上述实施例进行理解，如图2所示，本发明还提供了一种全光链路数字化的建模方法的具体步骤流程图，方法至少包括：
83.步骤201，首先对光链路类型/场景进行分类,将不同的光链路类型/场景分为场景a、场景b、
……
场景n；
84.步骤202，根据光链路类型/场景的分类，对不同的光纤物理编码进行相应分类，分为编码a、编码b、
……
编码n；
85.步骤203，将相对应的光纤物理编码嵌入至不同类型/场景的光链路内，完成链路标记；
86.步骤204，不同类型/场景光链路的光信号输出为不同的电信号；
87.步骤205，收集不同类型/场景光链路的电信号,并将电信号转译为数字信号；
88.步骤206，根据不同类型/场景光链路的数字信号，建立整体的数字孪生模型，并将其虚拟成像，进行虚实交互。
89.在本实施例中，将具有独特编码元分布的光纤物理编码嵌入光纤，并根据不同类型、不同使用场景的光链路进行分类标记，完成对光纤产品的拓扑标记，实现光纤产品的数字化；通过建立不同类型、不同使用场景的光链路数字孪生模型，将光纤物理编码嵌入到不同类型的光纤产品上，实现光纤网络各组成部件的数字化，从而实现全光链路的数字化。
90.实施例3
91.为了更好的对上述实施例进行理解，如图3所示，本发明还提供了一种全光链路数字化模型的故障检测步骤流程图，用于通过全光链路数字化模型对光链路内故障进行检测，方法至少包括：
92.步骤301，数字孪生模型内任一类型/场景的光链路数字信号出现问题；
93.步骤302，通过出现问题的光链路数字信号寻找其所在场景，并对场景内不同光链路信号进行检测；
94.步骤303，通过哈希函数寻找问题具体发生位置；
95.具体的，哈希表中元素是由哈希函数确定的。将数据元素的关键字k作为自变量，通过一定的函数关系(称为哈希函数)，计算出的值，即为该元素的存储地址。表示为：
96.addr＝h(key)
97.为此在建立一个哈希表之前需要解决两个主要问题：
98.⑴
构造一个合适的哈希函数
99.均匀性h(key)的值均匀分布在哈希表中；
100.简单以提高地址计算的速度
101.⑵
冲突的处理
102.冲突：在哈希表中，不同的关键字值对应到同一个存储位置的现象。即关键字k1≠k2，但h(k1)＝h(k2)。均匀的哈希函数可以减少冲突，但不能避免冲突。发生冲突后，必须解决；也即必须寻找下一个可用地址。
103.解决冲突的方法：包括链接法(拉链法)、开放定址法和桶定址法，在此通过开放定法进行判断问题位置，方法如下：
104.如果h(k)已经被占用，按如下序列探查：(h(k) p
⑴
)％tsize,(h(k) p
⑵
)％tsize，
…
，(h(k) p(i))％tsize，
…
105.其中，h(k)为哈希函数，tsize为哈希表长，p(i)为探查函数。在h(k) p(i-1))％tsize的基础上，若发现冲突，则使用增量p(i)进行新的探测，直至无冲突出现为止。其中，根据探查函数p(i)的不同，开放定址法又分为线性探查法(p(i)＝i:1,2,3，
…
)，二次探查法(p(i)＝(-1)^(i-1)*((i 1)/2)^2，探查序列依次为：1,-1,4,-4,9
…
)，随机探查法(p(i):随机数)，双散列函数法(双散列函数h(key)，hp(key)若h(key)出现冲突，则再使用hp(key)求取散列地址。探查序列为：h(k),h(k) hp(k)，
…
，h(k) i*hp(k))。
106.步骤304，判断是否找到，若是，则继续执行步骤305，若否，则回到步骤302，重新选择光链路场景；
107.步骤305，确认光链路问题或者发生故障的位置；
108.步骤306，分析并解决问题；
109.步骤307，判断是否还有问题，若有，则回到步骤302，继续寻找问题位置，反之，则结束故障检测。
110.实施例4
111.在上述实施例的基础上，如图5所示，本发明还提供了一种全光链路数字化的建模装置，用于支持上述实施例的全光链路数字化的建模方法，所述全光链路数字化的建模装置包括：
112.编码模块，其用于将具有独特编码码元分布的光纤物理编码嵌入不同类型/场景的光链路,对其进行标记；
113.解码模块，其用于接收不同类型/场景光链路的光信号，并将光信号解码为电信号；
114.收集模块，其用于收集不同类型/场景光链路的电信号，并将电信号转译为数字信号；
115.建模模块，其用于根据不同类型/场景光链路的数字信号，建立整体的数字孪生模型，并虚拟成像。
116.进一步的，所述全光链路数字化的建模装置可运行上述全光链路数字化的建模方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
117.在上述实施例的基础上，本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括：
118.处理器、存储器，所述处理器与存储器进行通信连接；
119.在本实施例中，所述存储器可以按任何适当的方式实现，例如：所述存储器可以为只读存储器、机械硬盘、固态硬盘、或u盘等；所述存储器用于储存至少一个所述处理器执行的可执行指令；
120.在本实施例中，所述处理器可以按任何适当的方式实现，例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等；所述处理器用于执行所述可执行指令以实现如上述的全光链路数字化的建模方法。
121.在上述实施例的基础上，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的全光链路数字化的建模方法。
122.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
123.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置、设备和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
124.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或单元可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或设备的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
125.所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
126.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
127.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储服务器、随机存取存储服务器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序指令的介质。
128.另外，还需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
129.需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
130.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。