CN103124233A - 一种信号中继系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号中继系统及其实现方法，属于信号采集、信号交换和信号转换技术领域。本发明公开的信号中继系统包括：网络侧设备，将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向路由配置信息中的源终端设备和目标终端设备分别发送相应的控制命令，以及将路由配置信息中的源终端设备传输的数据转发至路由配置信息中的目标终端设备；终端设备，接收网络侧设备发送的路由配置信息，根据所接收到的路由配置信息以及网络侧设备发送的控制命令传输或接收数据。本发明还公开了一种信号中继系统的实现方法。本申请的技术方案实现了多用户，低延时、高带宽，多种类型电气设备之间的高可靠的互联互通的中继互联方式。

Description

一种信号中继系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及通讯、信号采集、信号交换和信号转换技术领域，主要涉及一种信号中继系统及其实现方法。

背景技术

大型项目的实验室联调中，由于设备的数量大，种类多，对设备的延时要求严格，希望设备的延时可以控制，再加上数据量的带宽很大，根据这些特点，需要提供一种可用于大型项目的实验室联调的系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何实现大型项目的实验室联调中多种类型电气设备之间的互联互通，因此，提供一种信号中继系统及其实现方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种信号中继系统，包括网络侧设备和终端设备，其中：

所述网络侧设备，将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向所述路由配置信息中的源终端设备和目标终端设备分别发送相应的控制命令，以及将所述路由配置信息中的源终端设备传输的数据转发至所述路由配置信息中的目标终端设备；

所述终端设备，接收所述网络侧设备发送的路由配置信息，根据所接收到的路由配置信息以及所述网络侧设备发送的控制命令传输或接收数据。

较佳地，上述系统中，所述终端设备包括光电适配器和电气接口卡，其中：

所述光电适配器，根据所接收到的路由配置信息确定本设备为源终端设备时，按照所述网络侧设备发送的控制命令控制本设备的电气接口卡采集本终端设备的数据，将所采集的数据转换为光信号并按照所接收到的路由配置信息传输给所述网络侧设备，以及根据所接收到的路由配置信息确定本设备为目标终端设备时，按照所述网络侧设备发送的接收控制指令将所述网络侧设备转发的数据转换为电信号，并将转换后的电信号按照所接收到的路由配置信息传输给本设备的电气接口卡；

所述电气接口卡，按照所述光电适配器的控制采集本终端设备的数据并将所采集的数据转换为所述光电适配器识别的数据格式，以及接收所述光电适配器的传输的电信号，将所接收的电信号转换为电气接口卡识别的数据格式。

较佳地，上述系统中，所述终端设备包括一个或多个光电适配器，每个光电适配器对应一个或多个电气接口卡，其中，每个光电适配器对应的多个电气接口卡为同一类型或不同类型的电气接口卡。

较佳地，上述系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括一个光电适配器时，所述网络侧设备至少包括一个配置管理机，其中：

所述配置管理机，将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向所述路由配置信息中的源终端设备和目标终端设备分别发送相应的控制命令，以及将所述路由配置信息中的源终端设备传输的数据转发至所述路由配置信息中的目标终端设备。

较佳地，上述系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括多个光电适配器，或者包括三个以上的终端设备时，所述网络侧设备至少包括一个配置管理机和多个光纤交换机，其中：

所述配置管理机，将用户发起的路由配置信息发送给终端设备和光纤交换机，向所述路由配置信息中的源终端设备和目标终端设备分别发送相应的控制命令；

所述光纤交换机，按照所接收的路由配置信息，接收所述路由配置信息中的源终端设备传输的数据，将所接收到的数据转发至所述路由配置信息中的目标终端设备。

本发明还公开了一种信号中继系统的实现方法，包括：

信号中继系统将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向所述路由配置信息中的源终端设备发送相应的控制命令以控制所述源终端设备传输数据，将所述源终端设备传输的数据转发给所述路由配置信息中的目标终端设备，并发送相应的控制命令以控制所述目标终端设备接收信号中继系统转发的数据。

较佳地，上述方法中，所述系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括一个光电适配器时，该方法包括如下步骤：

所述信号中继系统中的配置管理机接收用户发起的路由配置信息，向所述路由配置信息中的源终端设备发送相应的控制命令以控制所述源终端设备传输数据，将所述源终端设备传输的数据转发给所述路由配置信息中的目标终端设备，并发送相应的控制命令以控制所述目标终端设备接收信号中继系统转发的数据。

较佳地，上述方法中，所述系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括多个光电适配器，或者所述系统包括三个以上的终端设备时，该方法包括如下步骤：

所述信号中继系统中配置管理机将用户发起的路由配置信息发送给终端设备和信号中继系统的光纤交换机，向所述路由配置信息中的源终端设备发送相应的控制命令以控制所述源终端设备传输数据，所述信号中继系统中光纤交换机将所述源终端设备传输的数据转发给所述路由配置信息中的目标终端设备，所述信号中继系统中配置管理机发送相应的控制命令给目标终端设备以控制目标终端设备接收所述光纤交换机转发的数据。

较佳地，上述方法中，所述路由配置信息中的源终端设备向信号中继系统传输数据的过程如下：

源终端设备，按照所述网络侧设备发送的控制命令控制本设备的电气接口卡采集本终端设备的数据，将所采集的数据转换为光信号并按照所接收到的路由配置信息传输给所述网络侧设备。

较佳地，上述方法中，所述信号中继系统将所述源终端设备传输的数据转发给所述路由配置信息中的目标终端设备的过程如下：

所述信号中继系统将用户发起的路由配置信息以及相应的控制命令发送给所述路由配置信息中的目标端设备，再将所述源终端设备传输的数据转发给所述目标终端设备；

所述目标终端设备将所述信号中继系统转发的数据转换为电气板卡所识别的数据格式，传输给电气板卡进行数据还原。

本申请的技术方案实现了多用户，低延时、高带宽，多种类型电气设备之间的高可靠的互联互通的中继互联方式。

附图说明

图1是本实施例中光电适配器及电气结构卡的构成示意图；

图2是本实施例中最小信号中继系统构架示意图；

图3是本实施例中信号中继系统两实验室互联示意图；

图4是本实施例中信号中继系统联网示意图；

图5是本实施例中六实验室互联构成的信号中继系统的网络架构示意图；

图6是图5所示系统中六实验室交换互联的第一种示意图；

图7是图6所示的六实验室交换互联关系示意图；

图8是图5所示系统中六实验室交换互联的第二种示意图；

图9是图8所示的六实验室交换互联关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

实施例1

本实施例提供一种信号中继系统，该系统包括网络侧设备和终端设备。下面介绍各部分的功能。

网络侧设备，将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向该路由配置信息中的源终端设备和目标终端设备分别发送相应的控制命令，以及将该路由配置信息中的源终端设备传输的数据转发至路由配置信息中的目标终端设备；

终端设备，接收网络侧设备发送的路由配置信息，根据所接收到的路由配置信息以及网络侧设备发送的控制命令传输或接收数据。

上述终端设备可认为是待中继的实验室，至少包括光电适配器和电气接口卡。光电适配器，根据所接收到的路由配置信息确定本设备为源终端设备时，按照网络侧设备发送的控制命令控制本设备的电气接口卡采集本终端设备的数据，将所采集的数据转换为光信号并按照所接收到的路由配置信息传输给网络侧设备，以及根据所接收到的路由配置信息确定本设备为目标终端设备时，按照网络侧设备发送的接收控制指令将网络侧设备转发的数据转换为电信号，并将转换后的电信号按照所接收到的路由配置信息传输给本设备的电气接口卡；

电气接口卡，按照光电适配器的控制采集本终端设备的数据并将所采集的数据转换为光电适配器识别的数据格式，以及接收光电适配器的传输的电信号，将所接收的电信号转换为电气接口卡识别的数据格式。

其中，电气接口卡置于光电适配器上，为了可适应多种电气设备的链接，故一个光电适配器上包括有多个电气接口卡，且这多个电气接口卡可以是同一类型的，也可以是不同类型的。同理，一个终端设备上也可以包括一个或多个光电适配器。

具体地，光电适配器与电气接口卡之间的结构可如图1所示，每台光电适配器上可以插接4块电气接口卡。这4块电气接口卡可以具有相同的电气特性(即这4块电气接口卡可以是同一类型的)，也可以具有不同的电气特性(即这4块电气接口卡可以是不同类型的)；可以都是输出，也可以都是输入，也可以把输入和输出搭配使用。具体地，电气接口卡种类很多，如模拟量电气适配板卡、TTL电气适配板卡、LVDS电气适配板卡、隔离IO电气适配板卡、音视频电气适配板卡、以太网电气适配板卡、CAN总线电气适配板卡、ARINC429电气适配板卡、RS422电气适配板卡、RS485电气适配板卡、RS232电气适配板卡，1553B电气适配板卡等等，几乎能够覆盖现有所知电气接口。

电气接口卡与底板的接口是统一的，兼容所有电气特性和性能要求。对于所有电气接口，底板看到的是完全一致的数据格式，而不同之处完全体现在时隙与数据的对应关系上，这种对应关系通过可配置的路由表决定。底板给每个电气接口卡分配的带宽也通过可配置的路由表决定。接口的最低带宽为(8bit×2M/s＝)16Mbps，占用光纤的一个时隙；接口的最大带宽为(32bit×32M/s)＝1024Mbps。如果接口需要更大的带宽(超过1024Mbps)，则可以捆绑2个或多个适配卡接口一起使用，这需要在设计适配卡电路的时候就考虑进去。

为了使信号中继的延时达到最小，一般采用采样方式实现信号的采集和恢复。例如RS232信号，信号中继系统并不关心起始位、数据位、校验位、停止位等具体的协议特征，而是以高速采样的方式直接对信号电平进行采集和恢复，实现信号中继。对于RS232、RS422、ARINC429、数字量离散IO，多功能行地中继系统的处理方法是一致的，不同的仅仅是接口电平。

信号中继系统中继传输的不仅仅是有效数据，而是完全复现线路状态，包括线路错误也会如实地进行中继传输和还原。

对于以太网/ARINC664、视频信号，信号中继系统的处理方法略有不同，但基本原理是一样的。

对于所有信号，信号中继系统延时为10us。系统延时包括信号采集延时、信号还原延时、2级交换延时、信号处理延时等，但没有计入光纤传播延时。(注：光纤的传播延时为每千米5us)。

特例：对于CAN信号，由于协议本身的独特要求，信号中继系统采用存储转发的方式，系统延时在上述10us的基础上另外增加了65us，共计75us。

如下表1即是对整个电气接口卡的说明，也是本申请人架构的信号中继系统所实现的电气接口卡。

表1为电气接口卡说明表

下面再介绍网络侧设备，如果系统中只包括两个终端设备，且每个终端设备中包括一个光电适配器，此时，信号中继系统为最小系统，两个终端设备之间直接光纤连接，而网络侧设备包括一个配置管理机，整个信号中继系统的架构如图2所示。配置管理机与终端设备直接相连，将用户发起的路由配置信息发送给各终端设备，并发送相应的控制指令给路由配置中的源终端设备以控制其上传数据，将源终端设备上传的数据交换给路由配置中的目标终端设备。而配置管理机也向目标终端设备发送相应的控制命令以控制其接收数据。其中，该系统中的所使用的物品清单如表2所示。如果两个终端设备(即为两个实验室)需要连接的信号全部是ARINC429信号，光电适配器可以插接4块ARINC429接口适配卡，每块卡可以连接8路ARINC429信号，总计可传输32路ARINC429信号。信号采样速率可以全部配置成16Msps，ARINC429通讯速度可达1Mbps。

表2为图2所示最小信号中继系统中各部件的选型表

序号	名称	型号	数量	备注
					1.	光电适配器主机	AR6000	2
2.	ARINC429接口适配卡	AR1703_429	8
					3.	光纤		若干
4.	配置管理软件	MarsManner	1
					5.	配置管理计算机		1

考虑到实际应用中，网络架构情况比较复杂，且为了将来的扩展应用，要求接口类型更丰富一些。因此信号中继系统可能包括两个终端设备，且每个终端设备中包括多个光电适配器(也可称为光电适配器接口板卡)，或者系统包括三个以上的终端设备，此时，各终端设备之间无法直接光纤连接。即网络侧设备中至少包括一个配置管理机和多个光纤交换机，各终端设备之间即通过光纤交换机进行连接。具体地，配置管理机，将用户发起的路由配置信息发送给各终端设备以及各光纤交换机(其中，终端设备和光纤交换机的路由配置的内容不同，但是数据格式是相同的)，发送相应的控制指令给路由配置中的源终端设备以控制其向对应的光纤交换机(即与源终端设备直接连接的光纤交换机)上传该终端设备的数据，并发送相应的控制指令给控制路由配置中的目标终端设备以控制其从对应的光纤交换机(即与目标终端设备直接连接的光纤交换机)，接收源终端设备上传的数据；

光纤交换机，按照配置管理机的发送的路由配置信息接收路由配置中的源终端设备上传的数据，以及按照配置管理机发送的路由配置信息将源终端设备上传的数据交换给路由配置中的目标终端设备。

具体地，信号中继系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括多个光电适配器时，如图3所示。每个终端设备(即每个实验室)配备4台光电适配器，结合实际情况选配各种类型的电气接口适配卡。4台光电适配器连接到光纤交换机上，从而把信号集中到1～2对光纤上，并且进一步提高信号互联的便利性。考虑到信号比较多，建议给每个实验室铺设2对出口光纤。

另外，为了提高远程联调的便利性，优选方案中给实验室配备摄像头、麦克风、音响、显示器等设备，通过信号中继系统提供的音视频转发功能，实现可视化联调。此时，信号中继系统中所需要设备的清单如表3所示。

表3为图3所示信号中继系统中所需设备的清单表

序号	名称	型号	数量	备注
					1.	8端口光纤交换机	AR8008	1×2
2.	光电适配器主机	AR6000	4×2
					3.	音视频输出适配卡	AR1607_AVO	1×2
4.	音视频输入适配卡	AR1507_AVI	1×2
					5.	云台摄像机		1×2
6.	麦克风		1×2
					7.	显示器		1×2
8.	音箱		1×2
					9.	各种类型的接口适配卡		14×2
10.	光纤		若干
					11.	配置管理软件	MarsManner	1
12.	配置管理计算机		1

信号中继系统包括三个以上的终端设备时，整个信号中继系统架构如图4所示。此时，多个光纤交换机进一步分为一级光纤交换机和二级光纤交换机，其中，一级光纤交换机直接与各终端设备相连，而配置管理机则通过二级光纤交换机与各一级光纤交换机相连。具体地，图4所示系统用到8端口中心交换机(即一级光纤交换机)、16端口中心交换机(即二级光纤交换机)和终端设备(即电气接口卡与光电适配器的组合)。外部计算机作为配置管理机使用。

下面以6实验室互联的应用场景为例说明复杂架构的信号中继系统，此时，信号中继系统架构如图5所示。假设每个实验室有4台光电适配器，每台光电适配器上有4种板卡。为了进行可视化互联互通，需要1个音频卡和一个视频卡完成实验室之间的音视频通信，其余15块板卡用户根据自己需要进行选择，可以是模拟量、以太网、低速串口、TTL电平接口等等。每个光电适配器需要有1对单模光纤，如果需要大带宽传输，光电适配器需要将A、B光口全使用，这样就需要2对光纤，对普通低带宽传输使用1对光纤带宽足够满足要求。具体地，此时，信号中继系统所需要设备清单如表4所示。

表4为图5所示信号中继系统所需要设备清单

序号	名称	型号	数量	备注
					1.	16端口光纤交换机	AR8016	1
2.	8端口光纤交换机	AR8008	1×6
					3.	光电适配器主机	AR6000	4×6
4.	音视频输出适配卡	AR1607_AVO	1×6
					5.	音视频输入适配卡	AR1507_AVI	1×6
6.	电视		1×6
					7.	云台摄像机		1×6
8.	麦克风		1×6
					9.	显示器		1×6
10.	音箱		1×6
					11.	各种类型的接口适配卡		14×6
12.	光纤		若干
					13.	配置管理软件	MarsManner	1
14.	配置管理计算机		1

其中，在实验室之间，需要互联的光电适配器数量不定，用户可以根据实际需要进行搭建环境，如图6所示的实验室互联示意图中，有2个实验室中各有4个光电适配器与外部环境互联，有2个实验室中各有3个光电适配器与外部环境互联，2个实验室中各有3个光电适配器与外部互联，它们通过中心交换机进行交换链接，这样，中心交换机的16个光口全部作为业务通道。在这个实验室连接环境中，需要上位机配置中心交换机时钟为主时钟，各个实验室设备为从时钟，各个实验室光纤交换机设备通过本地0号端口与中心交换机相连接，用于提取中心交换机时钟，各个实验室光电适配器通过0号端口与本地交换机连接用于提取时钟，这样做到全网时钟统一。各个实验室的数据通过16口光纤交换机，按照时隙交换的方式进行数据交换。此时，假设每个实验室有2个电气接口，经过配置路由表，可按图7所示的互联关系进行虚拟链路。

另外，图5所示的信号中继系统中这六个实验室之间还可以按照图8进行互联，此时，经过配置路由表，可按照图9所示的互联关系进行虚拟链路。

当然，根据不同的案例，用户可以自定义链接方式，在实验室建设时候，使用多功能行地中继系统进行互联互通完全是灵活的，只需要更改路由配置信息即可。不过需要注意的是，电气接口卡需要正确对应，也就是以太网口电气板块不能与AD/DA通过交换连接，否则会出现不可预料的问题。多功能行地中继系统能够完全胜任负载不同实验室之间，多种电气接口、长距离、低延时、高可靠的互联互通。

实施例2

本实施例介绍上述信号中继系统的实现方法，该方法包括如下过程。

信号中继系统将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向该路由配置信息中的源终端设备发送相应的控制命令以控制源终端设备传输数据，将源终端设备传输的数据转发给路由配置信息中的目标终端设备，并发送相应的控制命令以控制目标终端设备接收信号中继系统转发的数据。

当信号中继系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括一个光电适配器时，如图3所示，是由信号中继系统中的配置管理机接收用户发起的路由配置信息，并将用户发起的路由配置信息发送给各终端设备，并发送控制指令给路由配置中的源终端设备以控制其上传数据，再将源终端设备上传的数据交换给路由配置中的目标终端设备。其中，信号中继系统也发送相应的控制指令给目标终端设备以控制其接收数据。

当信号中继系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括多个光电适配器，或者包括三个以上的终端设备时，是由信号中继系统中配置管理机将用户发起的路由配置信息发送给各终端设备以及光纤交换机，发送相应的控制指令给路由配置中的源终端设备以控制其向信号中继系统中对应的光纤交换机(即与源终端设备直接连接的光纤交换机)上传数据，再发送相应的控制指令给路由配置中的目标终端设备以控制其从信号中继系统中对应的光纤交换机(即与目标终端设备直接连接的光纤交换机)中接收源终端设备上传的数据。

其中，路由配置中的源终端设备上传数据的过程如下：

信号中继系统中配置管理机发送路由配置信息和控制指令给源终端设备，源终端设备按照收到的控制指令，采集本终端设备的电气接口数据并转换为光电适配器识别的数据格式(即将所采集的电气接口数据转换为光信号)，再将转换后的数据按照所收到的路由配置信息上传给信号中继系统。

信号中继系统将源终端设备上传的数据交换给路由配置中的目标终端设备的过程如下：

信号中继系统发送路由配置信息和控制指令给目标终端设备，再将源终端设备传输的数据转发给目标终端设备；

目标终端设备按照接收到的路由配置信息和控制指令，接收信号中继系统所转发的源终端设备的数据；其中，目标终端设备按照控制指令将源终端设备的数据转换为电气板卡所识别的数据格式，再传输给电气板卡进行数据还原。

下面以包括有三个以上的终端设备的复杂的信号中继系统为例，说明具体实现过程。

信号中继系统以光纤网络和时隙交换方式为系统联调提供稳定、可靠、实时的远程信号连接。其中，光纤采用单模光纤，每根光纤传输带宽为2.5Gbps，有效带宽为2.0Gbps，整个系统均采用光纤连接方式进行互联互通，其连接系统主要有光纤交换设备和终端设备(即光电适配器和电气接口卡的组合)，用户可以根据不同的电器设备选用电器适配卡。信号中继系统把本地实验室的各种电气信号转换成光信号，然后把多路电气适配卡的信号复合到一根光纤上，并经过光纤传送到中心交换机；中心交换机从光信号中提取数据，把数据交换到其他光纤；远程实验室把光纤数据解复用以后，再还原成电气信号。

在电气信号转换为光信号的过程中，本申请使用的方式是，将电气适配板卡与光电适配器之间通过接插件进行连接，光电适配器与电气板卡之间接插件有电源、地、信号与时钟。以光电适配器为主，每台光电适配器可以连接4个电气适配卡，这4个适配卡可以相同也可以不同，电气板卡可以是同类型的也可以是不同类型的电气板卡。其中，电源和地信号由光电适配器提供给电气板卡，电气板卡采用光电适配器上的电源之后，将电气板卡与光电适配器进行了共地，电气板卡对外接口部分，将外部信号与板卡信号进行电气隔离。这样，电源适配器的直流输出端与市电隔离，而光电适配器以及光纤交换机之间通过光纤连接实现自然的电气隔离，电路板的公共端与机壳断开，适配卡的外部电气信号连接件的屏蔽壳与机壳和电路板公共端都断开，独立悬浮。如果使用带屏蔽层的导线，屏蔽层只在对方设备单端接地。适配卡的电信号直接连接到外部设备。这样，光电适配器的4个适配卡上的所有电信号都是共地的，其他设备以及信号之间都是电气隔离的。原则上机壳可以独立连接到大地，以减少内部电路板收发的电磁干扰。

光电适配器提供50MHz的时钟给电气板卡，作为电气板卡的时钟源，电气板卡与光电适配器时钟同源。电气板卡所使用的时钟均来自光电适配器提供的50MHz时钟，如果是不同频率的时钟，电气板卡上的FPGA才用分频与倍频技术，从50MHz的时钟上获得自己所需要的时钟。这样，电气板卡的时钟也与光电适配器是一致的。

光电适配器与电气板卡之间的接口信号有数据使能信号和数据信号两种。其中，光电适配器与电气接口板卡之间接口信号又分为输入接口信号与输出接口信号，输入接口信号与输出接口信号均有信号使能和数据信号。信号使能位宽为1位，数据信号位宽为32位，时钟为50Mhz。这就解决了电气接口板卡与光电适配器之间的数据连接。上位机通过配置数据使能信号位宽，决定光电适配器和电气接口板卡之间的带宽，光电适配器会按照0.5us的周期发送使能，每次1个使能信号位宽包含有4个时隙的信号，即4个字节长度。光电适配器通过输入接口接收从电气接口板卡转换后的需要填充到光纤的信号，通过发送接口将光电适配器从光纤中接收的信号的信号发送给电气接口板卡。

对于光电适配器，接收到电气接口板卡信号之后，需要将接收到的信号填充到时隙之中，通过多功能信号中继系统windows下软件进行配置光电适配器路由信息，光电适配器按照设置将对应接口板卡转换之后的数据填充到光纤时隙中。光纤时隙划分以时隙为单位，每125个时隙组成一帧，每帧有120个有效时隙，时隙编号为0到119。多功能信号中继系统windows下软件设置路由结构之后，光电适配器将电气接口板卡端口数据从0号时隙开始，将数据填充到光接口中，或者从光纤中将光口数据解析到0号时隙开始的电气接口板卡的时隙中。需要注意，电气接口板卡的数据均是从0号时隙开始有效，使用者需要根据光电适配器接口从电气接口板卡中的每次发送或者接受的时隙个数设置需要将电气接口数据填充或者解析光口的时隙，光电适配器使能信号一个周期对应的有效数据信号占用4个时隙，按照这个模式，将电气接口信号数据按照时隙为单位配置到光纤接口中。光电适配器有2个光纤接口，4个电气接口，在配置路由时候均采用输出控制模式，即数据输出由输出端口控制。路由信息由两部分组成，数据来源端口编号和数据所在时隙号。

信号中继系统windows下软件不仅需要配置路由信息，还需要设置系统时钟来源。系统时钟源有2个，第一个是本地时钟，采用本地晶振作为时钟源，第二个是远端时钟，采用从光纤接收的数据中出的时钟作为时钟源。不论是本地时钟还是远端时钟，均需要送给外部锁相环，并通过外部锁相环进行时钟源选择。

其中，有关时钟源的问题，整个信号中继系统，可采用统一时钟，即系统时钟源只有一个，为了实现统一时钟，系统规定整个系统中只有一个主时钟，其余时钟为辅时钟，信号中继系统windows下软件设置系统中的交换设备和光电适配器转换设备的时钟源，采用本地时钟还远端时钟。所有设备规定远端时钟只能采用光纤接入端口的0号端口，即只能从0号光纤中提取的时钟才能采用为远端时钟。本地时钟为25MHz精度达到1pps晶振，晶振采用有源晶振，远端时钟为从光纤数据中提取的随路时钟，提取出来的时钟为125MHz，经过FPGA内部锁相环降频到25MHz之后，采用差分lvds/lvpecl电平标准将25MHz提取时钟输入到外部锁相环。交换设备和光电适配器均采用相同的外部锁相环，该锁相环有时钟选择管脚，通过上位机设置之后可以选择是采用本地晶振还是从FPGA送出来的差分时钟。FPGA在提取光口时钟的时候，需要判断光口时钟是否是有效时钟，通过判断光口时钟模块速出的信号状态信号是否有效，进行判断时钟是否有效，如果0号光口有效则按照多功能信号中继系统windows下软件设置需要不需要采用远端时钟，如果0号光口无效，则采用本地时钟而不按照多功能信号中继系统windows下软件设置采用远端时钟，直到0号光口有效才更改为采用远端时钟。

信号中继系统的中心交换设备分为2种，8端口光纤交换机和16端口中心交换机。8端口光纤交换机能够同时支持8个通道光纤接口，16端口光纤交换机能够同时支持16个通道光纤接口。光纤交换机采用输出控制模式，即交换机输出端口为主，进行查询路由表。

而信号中继系统的交换实现方式是，光纤接口经过FPGA内部GTX/GTP高速IP模块串并转换之后，数据时钟250MHz接口数据带宽为8bit，系统时钟采用250Mhz。对于光电适配器设备，电气接口时钟为50MHz，通过时钟转换，将数据时钟和对应数据转为250MHz，4个电气接口和2个光口，共有6个端口需要数据交换，输入端口帧数据除去帧头4个时隙和帧尾1个时隙，剩余120个时隙为有效数据，内部数据位宽采用64bit，即输入端口有效时隙120个经过转换为16拍64bit数据。对数据进行交换采用端口轮训交换的模式，对6个端口交换每个端口需要16个周期，6个端口共需要96个周期，由于每帧长度为125个周期，这样在一帧的时间内完全能够完成数据交换，对于8端口光纤交换机，8个端口需要数据交换，输入端口帧数据同样除去帧头4个时隙和1个crc帧尾时隙，剩余120个有效时隙。内部数据位宽采用128bit，输入数据120个时隙需要8拍转换为128bit数据，8个端口数据完全能够在125个周期内交换完成。对于16口交换机，16个端口需要做数据交换，输入端口帧数据同样除去帧头4个时隙和1个crc帧尾时隙，剩余120个有效时隙。内部数据位宽采用256bit，输入数据120个时隙需要4拍转换为128bit数据，16个端口数据完全能够在125个周期内交换完成。

交换时采用乒乓模式，即当前输入帧数据在输入的时候，对前一帧数据进行交换。交换之后的数据分别同时写入到6个输出端口的存储空间中，这样6个端口的数据按照端口和时隙顺序，固定的存储到6个端口的输出存储空间中。每个端口按照各自端口路由表的信息，进行查询输出存储空间中的数据。查询的时同样按照乒乓结构进行，即在存储当前数据的时候查询前一次存储的数据。输出端口将查询的数据按照时隙方式进行填充。输出端口有120个有效时隙，4个帧头和一个crc帧尾，带宽与输入相同，因此完全能够将交换的数据输出。

另外，信号中继系统的延时可控。对于系统延时分为3个部分，分别是电气板卡的延时、交换延时和光纤延时。电气板卡延时根据各个板卡的情况，不等，单各个板卡延时固定。交换延时为每一级交换延时0.5us，延时固定。光纤延时是根据光纤长度进行确定，由于光纤对光速具有折射作用，导致光速比真空中要慢，实际光速在光纤中约为2.0×10⁸m/s，可以根据光纤长度确定信号在光纤中的延时。这样在系统搭建的时候基本能够确认整个系统的延时。

信号中继系统通过每帧的第三时隙，进行全网管理。第三时隙作为管理通道，将多功能信号中继系统windows下软件将配置管理信息在设备之间进行传输。第三时隙传输的是软件进行打包之后的数据，通过设备之间的传输之后，各台设备再将包进行重组和解析。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信号中继系统，其特征在于，该系统包括网络侧设备和终端设备，其中：

所述网络侧设备，将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向所述路由配置信息中的源终端设备和目标终端设备分别发送相应的控制命令，以及将所述路由配置信息中的源终端设备传输的数据转发至所述路由配置信息中的目标终端设备；

所述终端设备，接收所述网络侧设备发送的路由配置信息，根据所接收到的路由配置信息以及所述网络侧设备发送的控制命令传输或接收数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端设备包括光电适配器和电气接口卡，其中：

所述光电适配器，根据所接收到的路由配置信息确定本设备为源终端设备时，按照所述网络侧设备发送的控制命令控制本设备的电气接口卡采集本终端设备的数据，将所采集的数据转换为光信号并按照所接收到的路由配置信息传输给所述网络侧设备，以及根据所接收到的路由配置信息确定本设备为目标终端设备时，按照所述网络侧设备发送的接收控制指令将所述网络侧设备转发的数据转换为电信号，并将转换后的电信号按照所接收到的路由配置信息传输给本设备的电气接口卡；

所述电气接口卡，按照所述光电适配器的控制采集本终端设备的数据并将所采集的数据转换为所述光电适配器识别的数据格式，以及接收所述光电适配器的传输的电信号，将所接收的电信号转换为电气接口卡识别的数据格式。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述终端设备包括一个或多个光电适配器，每个光电适配器对应一个或多个电气接口卡，其中，每个光电适配器对应的多个电气接口卡为同一类型或不同类型的电气接口卡。

4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，该系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括一个光电适配器时，所述网络侧设备至少包括一个配置管理机，其中：

所述配置管理机，将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向所述路由配置信息中的源终端设备和目标终端设备分别发送相应的控制命令，以及将所述路由配置信息中的源终端设备传输的数据转发至所述路由配置信息中的目标终端设备。

5.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，该系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括多个光电适配器，或者包括三个以上的终端设备时，所述网络侧设备至少包括一个配置管理机和多个光纤交换机，其中：

所述配置管理机，将用户发起的路由配置信息发送给终端设备和光纤交换机，向所述路由配置信息中的源终端设备和目标终端设备分别发送相应的控制命令；

所述光纤交换机，按照所接收的路由配置信息，接收所述路由配置信息中的源终端设备传输的数据，将所接收到的数据转发至所述路由配置信息中的目标终端设备。

6.一种信号中继系统的实现方法，其特征在于，该方法包括：

信号中继系统将用户发起的路由配置信息发送给终端设备，向所述路由配置信息中的源终端设备发送相应的控制命令以控制所述源终端设备传输数据，将所述源终端设备传输的数据转发给所述路由配置信息中的目标终端设备，并发送相应的控制命令以控制所述目标终端设备接收信号中继系统转发的数据。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括一个光电适配器时，该方法包括如下步骤：

所述信号中继系统中的配置管理机接收用户发起的路由配置信息，向所述路由配置信息中的源终端设备发送相应的控制命令以控制所述源终端设备传输数据，将所述源终端设备传输的数据转发给所述路由配置信息中的目标终端设备，并发送相应的控制命令以控制所述目标终端设备接收信号中继系统转发的数据。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系统包括两个终端设备，且每个终端设备中包括多个光电适配器，或者所述系统包括三个以上的终端设备时，该方法包括如下步骤：

所述信号中继系统中配置管理机将用户发起的路由配置信息发送给终端设备和信号中继系统的光纤交换机，向所述路由配置信息中的源终端设备发送相应的控制命令以控制所述源终端设备传输数据，所述信号中继系统中光纤交换机将所述源终端设备传输的数据转发给所述路由配置信息中的目标终端设备，所述信号中继系统中配置管理机发送相应的控制命令给目标终端设备以控制目标终端设备接收所述光纤交换机转发的数据。

9.如权利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，所述路由配置信息中的源终端设备向信号中继系统传输数据的过程如下：

源终端设备，按照所述网络侧设备发送的控制命令控制本设备的电气接口卡采集本终端设备的数据，将所采集的数据转换为光信号并按照所接收到的路由配置信息传输给所述网络侧设备。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述信号中继系统将所述源终端设备传输的数据转发给所述路由配置信息中的目标终端设备的过程如下：

所述信号中继系统将用户发起的路由配置信息以及相应的控制命令发送给所述路由配置信息中的目标端设备，再将所述源终端设备传输的数据转发给所述目标终端设备；

所述目标终端设备将所述信号中继系统转发的数据转换为电气板卡所识别的数据格式，传输给电气板卡进行数据还原。

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