一种电子配线架线路连接结构的研制和应用

2020-03-16叶水勇陈清萍

山东电力高等专科学校学报 2020年1期

叶水勇，吴斌，陈清萍，蔡翔，朱兵，陈明，刘琦

（1.国网黄山供电公司，安徽黄山 245000；2.国网安徽省电力公司，安徽合肥 230022）

0 引言

电子配线架又称“智能配线管理系统”，是采用计算机技术及电子配线设备对布线中的接插软线进行实时管理的系统，在网络布线中已广泛使用［1］。在实际应用中，大楼内部办公室的变动经常引起最初建设时的信息点位的变动，有的还涉及到电话与网络之间的切换等。而现有的配线架系统，无法应对大楼电话线、网线混用的情况，当信息点位发生变化时，需要对交换机、电子配线架前端、电子配线架后端等多个端口进行调整。由于涉及端口较多，当遇到多信息点位调整时，极易发生线路混乱、信息点路径不明的问题，导致后期管理、维护成本增高［2-3］。因此如何设计一种能够适应信息点位变化的电子配线架线路连接结构已经成为亟需解决的问题。

1 现状与问题

目前某供电公司采用传统的配线架布线方式，存在很多的缺陷。

1）不直观。传统的配线架标签条大部分是纸质的，需要打开机柜靠近它才能看清楚。时间长了，由于机房的环境原因，例如人为磨损、空气潮湿等因素会使标签变得更加难以辨认，给管理人员带来诸多不便。

2）维护不方便。所有的配线架端口都需要写上标签，工作量大。在维护时，查找及更改不方便。如果要跳线，先要去查文档，找到要跳接的端口位置。另外，标签贴纸容易掉、脏、旧，导致查找很不方便，浪费大量的时间和人力。

3）安全隐患多。线缆庞杂且缺乏规划，容易堵塞冷热通道，影响机房散热和制冷。对排线布线没有安全可靠的实施方案，增加了故障和宕机的可能性。

因此，需要研制智能电子配线架及其线路连接结构，以减少运维检修人员巡视时间，降低运维成本。

2 探测方法的运用

传统的布线系统是用手工的方法将布线的链路关系记录下来。即便是使用一些布线管理软件，一旦布线链路有变化还是需要网管人员用手工的方法将这一变化更新到数据库中。一旦这种更新没有及时、正确地完成，就会造成链路数据库里的链路关系和实际上的物理链路关系不一致。而利用电子配线架，就可以自动记录链路的变化。

电子配线架的核心功能就是自动记录、更新链路数据库，实现这个功能有两个途径：一是采用端口探测法，二是采用链路探测法。

2.1 端口探测法

端口探测法的原理就是在RJ-45 或光纤的端口上加装一个碰触开关，一旦有跳线插入就会触动这个碰触开关。碰触开关就会通知系统这个端口有跳线插进来了。如果原来的端口里已经有个跳线插头，一旦这个端口里的跳线被拔出，碰触开关也会马上通知系统，这个端口里已经没有插头了。

端口探测法最大的好处在于可以使用普通跳线［4-5］。最大的问题在于它只能探知端口里有没有跳线插头而不知道这个插头上挂的跳线是连到哪里去的。比如，系统通知用户要把A 端口和B 端口用跳线连接起来，如图1（a）所示。发出指令后系统只是在等待A、B 端口是否有跳线插进来。一旦两个端口都先后有跳线插进来，系统就会认为连接正确，跳线工作完成，并不管这两个端口是不是用一根跳线连接起来的。如果用户在A、B 两个端口上插的是两根独立的跳线，如图1（b）所示，插入A 端口的跳线的另一端是空悬的，而B 端口实际上是与C 端口连接着，采用端口探测法的电子配线架系统就无法判断A、B、C 3 个端口究竟是哪两个相连，因为 A、B、C 3 个端口里碰触开关都已经被触碰了，此时必须做手动调整，才能真正达到图1（b）的效果。这种电子配线架的智能程度显然不够高。

图1 探测方法图

2.2 链路探测法

链路探测法的原理是在普通的跳线里增加一根导线，这种跳线一般称之为10 针跳线。基于链路探测法的电子配线架就是利用这根导线来确定端口的连接状态［6-7］。当这种10 针跳线连接到两个端口时，系统就会通过第10 针线探测到这两个端口的链接关系，并立即更新到链路数据库里。以上面的案例来说，当系统发出指令要连接A、B 端口时，系统一定要确定A、B 端口确实已经像图1（a）那样连接好了才可以。如果只是像图1（b）所示在A 端口和B 端口分别插进去了跳线接头，而A 和B 并没有连接起来，这样系统是不认可的。系统一定要等到操作者真正地用一根10 针跳线连接起了这两个端口才会认定跳线工作结束。这种探测法可以让跳线操作做到零误差。

2.3 两种方法建立和更新链路数据库的区别

假设有A、B 两个配线架需要用跳线实现如图2的连接，即 A1-B1，A2-B2，A3-B3。当端口探测法下达指令去跳接这几个端口，实际上就相当于用手工的方法输入了这6 个端口的链接关系，此后系统就只能等着探测这几个端口是否会按 A1、B1、A2、B2、A3、B3 的顺序有跳线插入，如果这6 个端口按照其顺序都有跳线插入，它就会认定跳线正确，工作结束。

图2 建立和更新链路数据库图

如果跳线时发生错误，例如在红色跳线插入A2端口后，操作人员把蓝色跳线插入了B2，并随即将其另一端插入了A3，最后将所剩下跳线插头插到了B3，实际的链接关系成为A1-B1，A2-B3 和A3-B2。这种错误即使是在跳线并不是十分密集的情况下也是有可能发生。虽然这个错误很明显，但采用端口探测法的电子配线架并不能发现，这就会导致数据库与实际的链路关系不一致，如果以后的跳线涉及到了A2、A3、B2、B3 这4 个端口，这种错误就会传递下去，整个数据库就有大量需要手工修改的东西。

对于链路探测法的电子配线架系统，链路关系是通过扫描链路的方式获得的，如果下达的跳线指令是A1 与B2 的链接关系，系统会立即发现A2 并没有按要求与B2 连接，而是连接到了B3。同样也能立即发现A3 端口的错误。这就是链路探测法的好处，数据库与实际链接状态是一致的。

3 技术方案及创新点

3.1 技术方案

图3 为电子配线架的线路连接原理图。管理端电子配线架用于网络对外的连接，为后期维护方便，从网络交换机的1 号网络端口与管理端电子配线架后端的1 号端口开始对应依序连接，即网络交换机的1 号网络端口与管理端电子配线架后端的1 号端口相连、网络交换机的2 号网络端口与管理端电子配线架后端的2 号端口相连，以此类推，从而保证了网络交换机与管理端电子配线架之间的线路明确。后期使用中若需进行信息点位端的调整，只需调整用户端电子配线架与管理端电子配线架之间的连线。因此，网络交换机与管理端电子配线架之间的线路明确后，后期不需要变换，简化了维护工作量。

图3 电子配线架的线路连接原理图

多个信息面板分别通过网线连入用户端电子配线架后端的端口，为后期维护方便，多个信息面板从用户端电子配线架后端的1 号端口依序接入，即1 号信息面板接入用户端电子配线架后端的1 号端口、2 号信息面板接入用户端电子配线架后端的2 号端口，以此类推。信息面板与用户端电子配线架之间的线路明确后，后期信息点位端的调整也不存在变换的可能。

用户端电子配线架前端与管理端电子配线架前端通过多条网线相连，为后期维护方便，从用户端电子配线架前端的1 号端口与管理端电子配线架前端的1 号端口开始对应依序连接［8-9］。即用户端电子配线架前端的1 号端口与管理端电子配线架前端的1 号端口相连、用户端电子配线架前端的2 号端口与管理端电子配线架前端的2 号端口相连，以此类推。

通过机架管理单元可以对用户端电子配线架和管理端电子配线架进行信息化管理，监控电话和网络线，自动生成和及时更新链路拓扑图，实现网线一键查找等功能，使改进的配线架系统更符合现场实际使用情况。用户端电子配线架的10 针总线接口与管理端电子配线架的10 针总线接口上均接有10 针总线连接条，10 针总线连接条接在机架管理单元上，通过10 针总线连接条将数据信息传至机架管理单元。同时，数据库服务器接在网络交换机上，网络交换机与机架管理单元之间通过网线相连。管理软件数据库服务器通过网络交换机连接至机架管理单元，从而获取机架管理单元的数据信息［10-11］。

在实际使用时，当遇到办公室调整或信息面板之间进行调整时，网络交换机与管理端电子配线架、信息面板与用户端电子配线架之间的线路连接均不需要进行调整，只需调整管理端电子配线架与用户端电子配线架之间的线路连接。如1 号信息面板与4 号信息面板进行更换，只需将用户端电子配线架前端的1 号端口连至管理端电子配线架的4 号端口、用户端电子配线架前端的4 号端口连至管理端电子配线架的1 号端口，即可完成两个信息点位的变化，非常便捷，提高了维护效率。

3.2 创新点

该电子配线架线路连接结构，与现有技术相比通过两个电子配线架之间的线路调整能够方便地在多个信息点位之间进行调整变化，使得无论信息点位端如何变化，需跳转的只是两个电子配线架之间的线路，大大降低了信息点位的调整难度［12-13］。

通过对原先智能化配线架的接线结构进行改进，将传统的设备-配线架-信息点方式，改成设备-配线架1-配线架2-信息点的方式，使网络、电话等信息点在两个电子配线架中跳转。通过机架管理单元的使用，在大楼信息点变动的情况下，可以迅速查找到变更的信息点在智能化配线架的对应口，能够在现场做出更改并确认，自动更新线路拓扑，不用人工统计和记录线路的路径变化。具有结构简单、应用范围广、成本低廉的特点［14］。

4 系统功能

4.1 实时监测端到端网络连接

该电子配线系统采用智能型配线架和智能型跳线，每个端口都包含相应的链路信息，可实现端到端网络连接的实时监测。

4.2 控制工作任务的执行

该电子配线架线路连接结构相比较传统型配线架的另一个不同点就是，智能型配线架每个端口上都有 LED 指示灯［15］。 LED 指示灯为现场操作提供重要的依据，和传统布线系统相比，大大提高了现场操作的准确性和高效性。管理人员可以通过软件将需要执行的任务（例如跳线等）下达到每个管理设备，再下达到配线架。操作人员到达现场后，只需要按照LED 指示灯的示意进行操作，就可以保证其准确率，节省大量的时间。如果操作人员的操作有误，系统会通过LED 指示灯提示操作人员，管理人员也可以即时通过软件的报警功能得知。当任务被下达给不同的操作人员时，这些人员可以通过PDA 等设备，从管理设备下载属于自己的任务，相互实施，互不干扰。