CN100365979C

CN100365979C - 650nm塑料光纤传输系统的光交换机

Info

Publication number: CN100365979C
Application number: CNB2005101231235A
Authority: CN
Inventors: 缪立山; 乔桂兰; 缪德俊; 徐蓉艳
Original assignee: HUASHAN PHOTOELECTRIC CO Ltd JIANGSU
Current assignee: Yangzhou Huashan photoelectric Co., Ltd.
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: CN1812329A

Abstract

650nm塑料光纤传输系统的光交换机，涉及光网络的用户终端设备，本发明包括两块以交换芯片KS8999_208为核心的主控板，两块主控板通过介质独立接口MII并联构成一个16路的交换系统；每块芯片KS8999_208上集成有八个物理层收发器，每块芯片KS8999_208分别具有以下控制和服务功能块：流量控制、VLAN、优先权处理、1K空间的MAC查找引擎、排队优先权管理、缓存区管理、8个接入控制器、8个物理层收发器、E2PROM/处理器接口、LED工作状态显示、MII/SNI专用外部接口、MAC接口。将现有的1550nm、1310nm、850nm石英光纤信号分别转换成650nm塑料光纤信号，进入用户终端。

Description

650nm塑料光纤传输系统的光交换机

技术领域

本发明涉及一种网络设备，尤其是一种光网络的用户终端设备，也就是通常俗称的“最后一公里”用户终端设备。

背景技术

现有主干线上的石英光纤网络信息在接入用户终端时必须经光/电、电/光变换，这种换转过程不但影响传输速度，而且导致信号衰减、信息失真，易受外界干扰，还易出现信息被盗。

为了改变现有信息传输上的上述缺陷，一种全光网络正在研究中，全光网络以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，成为下一代高速(超高速)宽带网络的首选。将现有的1550nm、1310nm、850nm石英光纤信号分别转换成650nm塑料光纤信号后，必须进行以太网帧的交换连接传输，然后才能进入用户终端。

发明内容

本发明目的就是设计一种能将现有的1550nm、1310nm、850nm石英光纤信号分别转换成650nm塑料光纤信号的650nm塑料光纤传输系统的光交换机。

本发明包括两块以交换芯片KS8999 208为核心的主控板，两块主控板通过介质独立接口MII并联构成一个16路的交换系统；每块芯片KS8999 208上集成有八个物理层收发器，每块芯片KS8999 208分别具有以下控制和服务功能块：流量控制、VLAN、优先权处理、1K空间的MAC查找引擎、排队优先权管理、缓存区管理、8个接入控制器、8个物理层收发器、E2PROM/处理器接口、LED工作状态显示、MII/SNI专用外部接口、MAC接口。

交换机是组成网络系统的核心设备。本发明是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品。

本发明是按每一个数据帧中的MAC地址相对简单地决策信息转发来实现数据交换的。具有16个支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络数据帧的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚连接入网时，交换机端口还未分配，于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后，用户的计算机可以灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，而且如果网络中出现未定义的MAC地址，则可以向网管人员报告。

其工作原理如下：

本发明组成的局域网位于OSI参考模型的第二层，即数据链路层，处理的信息形式是位于第二层的数据帧。本发明的工作过程主要包括地址学习、过滤和转发数据、消除回路等阶段。

(1)MAC地址表的学习：本发明在工作中会了解到与每个端口相连接设备的MAC地址，并建立MAC地址与对应端口的映射关系，然后将其保存在交换机的MAC地址表中。在每个端口都连接有设备的情况下，在交换机的MAC地址表中会有16个映射关系。

本发明采用的是直通转发方式，允许交换机在检查到数据帧中的目标地址时就开始转发数据帧。目标设备的地址(MAC地址)在数据帧中占用6个字节，即只需要接收到前6个字节就可以开始转发数据帧，因而在转发数据帧之前并不做错误校验，而是在目的设备进行校验，如果收到的是错误的帧，则会丢弃该帧，并要求重传。

当交换机接收到一个数据帧时，它会在MAC地址表中查询目标端口，如果找到了该端口(实际上是找到了目标设备的MAC地址对应的端口号)，便将数据帧转发到该端口，否则会将该数据帧泛洪到除发出该数据帧的源端口外的其它所有端口。

本发明中有一个MAC地址表，它具有两个主要功能，一是跟踪连接到交换机上的设备，建立设备与交换机之间的对应关系；二是当接收到一个数据帧后，通过MAC地址表可以决定将数据帧转发到哪个端口。对于新接入到网络中的交换机而言，其MAC地址表是空，应通过学习功能来填充MAC地址表。

当保证每个端口连接的设备都至少发送了一次数据帧，MAC地址表即完全建立起来了。

(2)数据转发和过滤：

数据帧中包含有源设备的MAC地址和目标设备的MAC地址，交换机利用已经建立的MAC地址表快速发现目标设备，然后通过对应的端口将数据转发出去。以发送数据从计算机1到计算机2为例：

a)交换机从端口1接收到计算机1发送过来的数据帧；

b)交换机获取该数据帧的地址信息Address1；

c)交换机在MAC地址表中发现已经有Addess1的地址信息，且与该MAC地址建立映射关系；

d)交换机将该数据帧直接转发给端口2，且保证该数据没有发送给其它端口；

从而实现计算机之间点对点的通信。

(3)本发明具有消除回路的机制：防止了从某个端口发出的数据经过网络传输又回到源端口或其它端口的问题出现。为系统安全的考虑，交换机设置成具有冗余链路的系统。

本发明可以提供多种网络互联功能。交换机能为每个工作节点提供更大的带宽，协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中。本发明直接使用650nm塑料光纤、与之配套使用的光中继器、光电转换器、光光转换器和光网卡，而不必作高层的硬件升级。本发明提供16个100M端口，使用650nm塑料光纤(POF)作为传输介质，可为军队机关、研究所、军事院校等的办公自动化，为海军舰船的数据交换、为空军机载设备之间的数据传输等提供网络服务，更可为地方政府部门、中小企业、教育行业等，提供远距离高速以太网连接。

本发明包括供电电路、一个主控芯片KS8999_208、滤波电路、25MHz晶振电路、八组塑料光纤接口电路，供电电路包括220V交流电压转为+5V直流电压电路、+5V直流电压转为+3.3V直流电压电路、+5V直流电压转为+2.0V直流电压电路，各组塑料光纤接口电路分别由控制芯片TODX2402及辅助电路组成，滤波电路分别连接在+2.0V直流电压的输出端，八组塑料光纤接口电路分别连接在主控芯片KS8999 208的脚5、6、9、10、19、20、22、23、30、31、33、34、43、44、47、48、54、55、57、58、61、62、64、65、196、197、199、200、203、204、206、207上，25MHz晶振电路连接在主控芯片KS8999_208的脚176和脚177上。

光交换机的主控芯片使用KS8999_208。KS8999 208是Micrel公司产品，该系列器件包括两种型号：KS8999_208为商业级，其工作的温度范围为0℃～70℃，有208个引脚。

该器件为9端口(8+1)收发器的10/100M交换机芯片，8个端口可以为光纤模式或UTP模式。具有128k内部帧缓冲区，2.0Gbps内部高速带宽，集成的地址搜索引擎，支持1K绝对MAC地址；自动地址搜索、记忆和转发。既可用于简单的物理层转换，又可用作全面的存储/传送桥路。

利用该主控芯片可以实现单芯片、多端口解决方案。其内部具有9个MAC单元，其中1～8可以直接接交换口，而9口可以接MII/SNI，以方便与路由器或网关相连。如果是8口交换机，则使用一片即可达到要求，如果端口数多于8个，则可以使用多片组合即可。交换机还可设置16个或24个或32个或48个或96个端口。

在本发明中，+5V直流电压转为+3.3V直流电压电路、+5V直流电压转为+2.0V直流电压电路中还分别采用了MIC29302BT稳压器。

本发明的塑料光纤接口电路由集成电路TODX2402和晶体管组成的放大电路组成，集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容接主控芯片KS8999_208，脚3通过电容C接主控芯片KS8999_208，脚4通过电阻、晶体管与主控芯片KS8999_208连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚8通过电容C接主控芯片KS8999_208，脚9通过电容接主控芯片KS8999_208。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的电路原理图之一；

图3为本发明的电路原理图之二；

图4为本发明的电路原理图之三；

图5为本发明的电路原理图之四；

图6为本发明的电路原理图之五；

图7为本发明的电路原理图之六；

图8为本发明的电路原理图之七；

图9为本发明的显示电路原理图。

具体实施例

本发明由供电电路、一个主控芯片KS8999_208、滤波电路、25MHz晶振电路、八组塑料光纤接口电路组成。

供电电路包括220V交流电压转为+5V直流电压电路、+5V直流电压转为+3.3V直流电压电路、+5V直流电压转为+2.0V直流电压电路，上述两变压电路中分别采用MIC29302BT稳压器。

滤波电路分别连接在+2.0V直流电压的输出端，各组塑料光纤接口电路分别由集成电路TODX2402及辅助电路组成。

塑料光纤1接口电路中集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容C₁接主控芯片KS8999_208的脚196，脚3通过电容C₂接主控芯片KS8999_208的脚197，脚4通过电阻R₈、晶体管V₁、V₂、电阻R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃与主控芯片KS8999_208的脚190连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚6接VCCT1，脚8通过电容C₄接主控芯片KS8999_208的脚200，脚9通过电容C₃接主控芯片KS8999_208的脚199。

塑料光纤2接口电路中集成电路TODX2402脚1和脚11、1 2、13、14接地，脚2通过电容C₇接主控芯片KS8999_208的脚206，脚3通过电容C₈接主控芯片KS8999_208的脚207，脚4通过电阻R₂₁、晶体管V₃、V₄、电阻R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆与主控芯片KS8999_208的脚191连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚6接VCCT2，脚8通过电容C₆接主控芯片KS8999_208的脚204，脚9通过电容C₅接主控芯片KS8999_208的脚203。

塑料光纤3接口电路中集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容C₉接主控芯片KS8999_208的脚5，脚3通过电容C₁₀接主控芯片KS8999_208的脚6，脚4通过电阻R₃₄、晶体管V₅、V₆、电阻R₃₅、R₃₆、R₃₇、R₃₈、R₃₉与主控芯片KS8999_208的脚192连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚6接VCCT3，脚8通过电容C₁₂接主控芯片KS8999_208的脚10，脚9通过电容C₁₁接主控芯片KS8999_208的脚9。

塑料光纤4接口电路中集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容C₁₅接主控芯片KS8999_208的脚22，脚3通过电容C₆接主控芯片KS8999_208的脚23，脚4通过电阻R₄₇、晶体管V₇、V₈、电阻R₄₈、R₄₉、R₅₀、R₅₁、R₅₂与主控芯片KS8999_208的脚193连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚6接VCCT4，脚8通过电容C₁₄接主控芯片KS8999_208的脚20，脚9通过电容C₁₃接主控芯片KS8999_208的脚19。

塑料光纤5接口电路中集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容C₁₇接主控芯片KS8999_208的脚30，脚3通过电容C₁₈接主控芯片KS8999_208的脚31，脚4通过电阻R₆₀、晶体管V₉、V₁₀、电阻R₆₁、R₆₂、R₆₃、R₆₄、R₆₅与主控芯片KS8999_208的脚68连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚6接VCCT5，脚8通过电容C₂₀接主控芯片KS8999_208的脚34，脚9通过电容C₁₉接主控芯片KS8999_208的脚33。

塑料光纤6接口电路中集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容C₂₃接主控芯片KS8999_208的脚47，脚3通过电容C₂₄接主控芯片KS8999_208的脚48，脚4通过电阻R₇₃、晶体管V₁₁、V₁₂、电阻R₇₄、R₇₅、R₇₆、R₇₇、R₇₈与主控芯片KS8999_208的脚69连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚6接VCCT6，脚8通过电容C₂₂接主控芯片KS8999_208的脚44，脚9通过电容C₂₁接主控芯片KS8999_208的脚43。

塑料光纤7接口电路中集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容C₂₅接主控芯片KS8999_208的脚54，脚3通过电容C₂₆接主控芯片KS8999_208的脚55，脚4通过电阻R₈₆、晶体管V₁₃、V₁₄、电阻R₈₇、R₈₈、R₈₉、R₉₀、R₉₁与主控芯片KS8999_208的脚70连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚6接VCCT7，脚8通过电容C₂₈接主控芯片KS8999_208的脚58，脚9通过电容C₂₇接主控芯片KS899_2089的脚57。

塑料光纤8接口电路中集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容C₃₁接主控芯片KS8999_208的脚64，脚3通过电容C₃₂接主控芯片KS8999_208的脚65，脚4通过电阻R₉₉、晶体管V₁₅、V₁₆、电阻R₁₀₀、R₁₀₁、R₁₀₂、R₁₀₃、R₁₀₄与主控芯片KS8999_208的脚71连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚6接VCCT8，脚8通过电容C₃₀接主控芯片KS8999_208的脚62，脚9通过电容C₂₉接主控芯片KS8999_208的脚61。

上述晶体管V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈、V₉、V₁₀、V₁₁、V₁₂、V₁₃、V₁₄、V₁₅、V₁₆均为9013SMD(SOT23)晶体管。

25MHz晶振电路连接在主控芯片KS8999_208的脚176和脚177上。

接插件XP1、XP2为扁平电缆插座FC20P，V1-32为绿色发光二极管，V33为红色发光二极管。

Claims

1.650nm塑料光纤传输系统的光交换机，其特征在于包括两块以交换芯片KS8999_208为核心的主控板，两块主控板通过介质独立接口MII并联构成一个16路的交换系统；每块芯片KS8999_208上集成有八个物理层收发器，每块芯片KS8999_208分别具有以下控制和服务功能块：流量控制、VLAN、优先权处理、1K空间的MAC查找引擎、排队优先权管理、缓存区管理、8个接入控制器、8个物理层收发器、E2PROM/处理器接口、LED工作状态显示、MII/SNI专用外部接口、MAC接口。

2.根据权利要求1所述650nm塑料光纤传输系统的光交换机，其特征在于光交换机包括供电电路、一个主控芯片KS8999_208、滤波电路、25MHz晶振电路、八组塑料光纤接口电路，供电电路包括220V交流电压转为+5V直流电压电路、+5V直流电压转为+3.3V直流电压电路、+5V直流电压转为+2.0V直流电压电路，各组塑料光纤接口电路分别由接插件TODX2402及辅助电路组成，滤波电路分别连接在+2.0V直流电压的输出端，八组塑料光纤接口电路分别连接在主控芯片KS8999_208的脚5、6、9、10、19、20、22、23、30、31、33、34、43、44、47、48、54、55、57、58、61、62、64、65、196、197、199、200、203、204、206、207上，25MHz晶振电路连接在主控芯片KS8999_208的脚176和脚177上；各组塑料光纤接口电路分别连接在供电电路的+3.3V直流电压电路上。

3.根据权利要求2所述650nm塑料光纤传输系统的光交换机，其特征在于+5V直流电压转为+3.3V直流电压电路中采用MIC29302BT稳压器。

4.根据权利要求2所述650nm塑料光纤传输系统的光交换机，其特征在于+5V直流电压转为+2.0V直流电压电路中采用MIC29302BT稳压器。

5.根据权利要求2所述650nm塑料光纤传输系统的光交换机，其特征在于塑料光纤接口电路由集成电路TODX2402和晶体管组成的放大电路组成，集成电路TODX2402脚1和脚11、12、13、14接地，脚2通过电容接主控芯片KS8999_208，脚3通过电容C接主控芯片KS8999_208，脚4通过电阻、晶体管与主控芯片KS8999_208连接，脚5、脚7接+3.3V直流电压电源，脚8通过电容C接主控芯片KS8999_208，脚9通过电容接主控芯片KS8999_208。