RS系列串口在PTN架構(gòu)上的實(shí)現(xiàn)

　　RS 232 接口是1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通信的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”.由于RS 232 接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，信號電平值較高易損壞接口電路的芯片、傳輸速率較低、抗噪聲干擾性弱、傳輸距離有限等不足之處，因此后來又發(fā)展出RS 485、RS 422等接口。

　　RS 422接口在RS 232后推出，RS 422定義為全雙工的，一般采用4~5根通信線（區(qū)別在是否有地線），一個驅(qū)動器可以驅(qū)動最多10個接收器（即接收器為1/10單位負(fù)載），通信距離與通信速率有關(guān)系，一般距離短時可以使用高速率進(jìn)行通信，速率低時可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離通信，一般可達(dá)數(shù)百上千米。

　　RS 485接口在RS 422后推出，絕大部分繼承了RS 422,主要的差別是RS 485 可以是半雙工的，而且一個驅(qū)動器的驅(qū)動能力至少可以驅(qū)動32個接收器（即接收器為1 32 單位負(fù)載），當(dāng)使用阻抗更高的接收器時可以驅(qū)動更多的接收器。全雙工RS 485的驅(qū)動/接收器對一定可以用在RS 422網(wǎng)絡(luò)。

　　RS系列串行接口在各類電力自動化系統(tǒng)中都有應(yīng)用，主要用于各種終端（表計(jì)、采集裝置、通信裝置等）的本地、短距信號通信。RS串行接口信號采用電平傳輸數(shù)字信號，信號可靠，成本低，適應(yīng)性廣，在當(dāng)時對以脈沖模擬信號為主的通信方式是一種巨大改進(jìn)，得到了廣泛應(yīng)用。隨著信息量不斷增大，RS串行接口容量低、傳輸距離短的弊端顯現(xiàn)，有些逐漸被高速標(biāo)準(zhǔn)接口所取代，但現(xiàn)有信息系統(tǒng)中仍存在RS接口。隨著通信系統(tǒng)的升級，很多通信設(shè)備已不再直接提供低速RS接口，需要轉(zhuǎn)換設(shè)備來轉(zhuǎn)接，大大增加了成本和管理難度。因此，在新技術(shù)的基礎(chǔ)上是否能夠兼容RS串行接口，成本如何，以及如何實(shí)現(xiàn)，成為眼前的一個課題。

　　3 技術(shù)方案

　　RS系列串口在PTN架構(gòu)上的實(shí)現(xiàn)選用南瑞集團(tuán)的SPTN產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)進(jìn)行改造。該方案的產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)展。并且在PTN基本技術(shù)規(guī)格方面符合國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，并通過型式試驗(yàn)和工信部入網(wǎng)測試，是一個穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)方案。如圖2所示。

　　3.1 總體設(shè)計(jì)方案

　　在PTN 上實(shí)現(xiàn)RS 串口的功能，可以采用修改PWE3協(xié)議，為RS串口開發(fā)一套功能模板，將RS協(xié)議的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，來增加對RS 串口的支持，稱為RSover MPLS,如圖3（a）所示。但這種方式將無法遵循國家國際標(biāo)準(zhǔn)，不具有通用性，改變了原產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，因此不宜采用。

　　在不改動原始協(xié)議的情況下，只能采用先使用PWE3中認(rèn)可的某種協(xié)議，再硬件轉(zhuǎn)換為RS協(xié)議的方式。因?yàn)镽S協(xié)議速率低，為減少帶寬浪費(fèi)，所以選用幾種仿真通信協(xié)議中速率最低的E1協(xié)議來承載，稱為RS over E1方案，如圖3（b）所示。此方案原理同在PTN 設(shè)備外加掛E1-RS 協(xié)議轉(zhuǎn)換器，但其管理和控制均由PTN 統(tǒng)一管理。

　　3.2 硬件設(shè)計(jì)

　　基礎(chǔ)設(shè)備SPTN 8500采用模塊化設(shè)計(jì)，由于是分組核心，因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相較SDH 等通信設(shè)備而言更類似于路由器，包含子架（提供背板總線），電源主控一體板和各種接口的業(yè)務(wù)板三部分，因此本次開發(fā)可以不對原設(shè)計(jì)進(jìn)行改動，僅開發(fā)一種新的業(yè)務(wù)板卡即可。欲開發(fā)的RS串行接口業(yè)務(wù)板可以E1接口業(yè)務(wù)板為基礎(chǔ)，增加轉(zhuǎn)換電路，并將對外E1接口改為RS接口，采用RJ 45型物理接口規(guī)格。

　　3.3 協(xié)議切換

　　RS 232/485/422協(xié)議本質(zhì)類似，只是接口電路略有不同，可通過在板卡上將該接口電路獨(dú)立出來，通過更換子電路板來完成協(xié)議間的切換。其中RS 485可通過RS422接口電路并線完成，而RS 232的電平與RS 485/422不同，不便于統(tǒng)一設(shè)計(jì)。最終設(shè)計(jì)為RS 232和RS 422兩種子電路板，插接在RS接口板上。RS 422子電路板上設(shè)置并接跳線，可切換為RS 485協(xié)議。

　　3.4 業(yè)務(wù)模型

　　PTN之上承載的業(yè)務(wù)分為E-Line、E-LAN和E-Tree三種業(yè)務(wù)模型，分別對應(yīng)于p2p、mp2mp 和p2mp 三種拓?fù)淠Ｐ?。雖然RS 484/422是p2mp模型，但RS 232僅可工作在p2p模式。且由于RS業(yè)務(wù)是承載于E1通道之上，因此必須采用E-Line模型。

　　3.5 尋址方式

　　對于RS通信而言，其有自己的地址查找方式，這里關(guān)注在PTN內(nèi)部對每個RS通道的尋址方式。有兩種方案。一是LSP法，如圖4（a）所示，每個E1口在仿真時可手工配置一條LSP來對應(yīng)，這樣每個E1口僅能包含1個RS串口。E1的速率是2.048 Mb/s,而RS在異步模式下最高也僅能達(dá)到115 Kb/s,帶寬利用率僅為5.6%,如果希望提高帶寬的利用率，即在一個E1仿真通道中實(shí)現(xiàn)多個RS通道，那么僅采用LSP就難以區(qū)分，必須再設(shè)計(jì)一套在E1通道中為各RS尋址的方案，如使用IP地址標(biāo)識同一E1下不同的RS通道，稱之為IP法，如圖4（b）所示。IP法可以提高帶寬的利用率，但使PTN結(jié)構(gòu)層次更加復(fù)雜，加大了配置和管理的難度，并且由于增加一層IP報頭封裝，影響轉(zhuǎn)發(fā)效率。經(jīng)過分析，認(rèn)為RS接口數(shù)量不多，而且RS 485/422還可以在設(shè)備外先行進(jìn)行并線匯接，進(jìn)一步減少接口需求數(shù)量，因此宜采用LSP尋址方案。