CN104253708A - 一种应用于网络通讯的旁路中继装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于网络通讯的旁路中继装置。该装置包括控制单元，其发出用于启动或者解除旁路网络节点的控制信号；执行单元，其连接所述控制单元，当收到启动旁路网络节点的控制信号时，其断开所述网络节点设备接入网络的两个端口与所述网络节点设备的通讯连接，并在所述两个端口之间架构直连的通讯链路，当收到解除旁路网络节点的控制信号时，其断开所述两个端口之间直连的通讯链路，并恢复所述两个端口与所述网络节点设备的通讯连接。通过为网络的每个节点设备配置本发明的旁路中继装置，可以提高网络通讯的稳定性。

Description

一种应用于网络通讯的旁路中继装置

技术领域

本发明涉及以太网通讯技术领域，尤其是一种应用于网络通讯的旁路中继装置。

背景技术

以太网(Ethernet)技术是目前应用最广的局域网技术，其组成元素包括网络节点和通信链路两大类。网络节点的互联模式称作网络拓扑结构。以太网是一种交换式的网络，网络节点处设置有用于存储和转发网络数据的交换机，数据流为双向。在现有技术中，为了增强网络通讯的稳定性，通常将网络节点级联组成环形网络，也即采用环网拓扑结构。这样即便网络中某个节点出现故障，也不会导致整个网络通讯瘫痪中断。如图1所示，当某个网络节点发生故障时，只有连接到该网络节点交换机的终端设备(ED)受到影响，网络其余部分仍是一条完整的通讯链路，仍然可以传输网络数据。然而在实际应用中，该方法仍然存在缺点：1)环网结构复杂，需要增加额外的通讯线缆和设备，提高了网络构建以及维护费用；2)环网结构极易形成广播风暴，影响网络通讯的稳定性；3)环网结构软件控制成本较高，开发维护难度较大。而且该方法也没有从根本上解决由节点故障导致网络瘫痪的技术难题。例如，当网络中出现两个故障节点时，网络会被撕裂成两段独立的链路，整体结构遭到破坏，无法进行正常的数据通讯。而实际应用中，网络中同时出现两个故障节点的概率还是比较大的。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种应用于网络通讯的旁路中继装置。

该旁路中继装置，包括：

控制单元，其发出用于启动或者解除旁路网络节点的控制信号；

执行单元，其连接所述控制单元，当收到启动旁路网络节点的控制信号时，其断开所述网络节点设备接入网络的两个端口与所述网络节点设备的通讯连接，并在所述两个端口之间架构直连的通讯链路，当收到解除旁路网络节点的控制信号时，其断开所述两个端口之间直连的通讯链路，并恢复所述两个端口与所述网络节点设备的通讯连接。

进一步地，该旁路装置还包括供电单元，其连接所述执行单元，为所述执行单元提供电源。

根据本发明的一个实施例，当所述网络节点设备发生/解除故障时，所述控制单元自动地发出启动/解除旁路网络节点的控制信号。

根据本发明的另一个实施例，所述控制单元还可以根据指令发出所述控制信号。

根据本发明的一个实施例，所述控制单元可以是所述网络节点设备内部的处理器。

根据本发明的一个实施例，所述执行单元可以包括四个信号继电器，每一所述信号继电器的电源端还各自连接一个开关三极管的第一端，所述开关三级管的第二端电性接地，控制端接收所述控制信号；

当所述开关三极管的控制端收到启动旁路网络节点的控制信号时，第一个和第三个所述信号继电器彼此连通，进而使得第一个所述端口能够从第二个所述端口直接接收数据，第二个和第四个所述信号继电器彼此连通，进而使得第一个所述端口能够向第二个所述端口直接发送数据；

当所述开关三极管的控制端收到解除旁路网络节点的控制信号时，第一个/第四个所述信号继电器切换到并连通所述网络节点设备向第一个/第二个所述端口发送信号的通路，第二个/第三个所述信号继电器切换到并连通所述网络节点设备从第一个/第二个所述端口接收信号的通路。

根据本发明的一个实施例，所述执行单元还可以采用可编程逻辑器件构成。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

1、电路结构简单，稳定可靠，采用例如信号继电器实现旁路中继功能的切换，切换速度快，不会影响整个网络通讯的连续性、稳定性。

2、旁路之后，从物理连接上看，相当于是直接连接的一段通讯线缆，没有引入不确定因素，确保了网络通路的可靠性。

3、可以旁路故障节点设备而不影响整个网络的通讯完整性。

4、网络节点掉电、故障或系统没有完全启动前，旁路装置默认处于旁路状态，系统正常启动后，才会切换到非旁路状态。

5、旁路控制信号可由网络节点交换机内部的控制器提供，旁路功能是可控的，即使节点设备没有故障，如有需要，也可以发出控制信号启动旁路中继功能，灵活度高。

6、不需要加载任何软件，没有协议要求，不占用系统资源，硬件隔离设备和网络的连接。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是环形以太网中的一个或二个网络节点出现故障的示意图；

图2是本发明实施例中网络节点正常工作时旁路中继装置的状态示意图；

图3是本发明实施例中网络节点出现故障时旁路中继装置的状态示意图；

图4是本发明实施例中的旁路中继装置的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

以图2所示的一段网络为例，图中只截取了三个相邻的网络节点Node_1、Node_2、Node_3。其中，Node_1的节点设备通过Port1端口通讯连接Node_2的节点设备，Node_2的节点设备通过Port2端口通讯连接Node_3的节点设备。当网络正常工作时，Node_1的节点设备发出的数据通过Port1端口传递给Node_2的节点设备，经过Node_2的节点设备处理后，通过Port2端口传递给Node_3的节点设备；同理，Node_3的节点设备发出的数据通过Port2端口传递给Node_2的节点设备，经过Node_2的节点设备处理后，通过Port1端口传递给Node_1的节点设备。Port1端口和Port2端口是全双工端口，可以同时进行数据收发。

为了提升网络通讯的稳定性，本发明提出为网络中的每个节点配置一个旁路中继装置。以节点Node_2为例，该旁路中继装置100设置在Port1端口与Port2端口之间，当节点Node_2发生故障损坏或者突然掉电时，旁路中继装置100启动中继功能，使得Port1端口与Port2端口实现物理直连(如图3所示)，从而将Node_2的节点设备以及接入该节点的终端设备移出网络，节点Node_1与节点Node_3直接形成通讯链路，达到保持网络通路连续性、完整性的技术效果。

下面举例说明旁路中继装置100的实现方式。在电路实现上，一个旁路中继装置100包括：

控制单元，其用于发出启动或者解除旁路网络节点的控制信号；

执行单元，其连接控制单元，用于根据接受的控制信号动作。具体的：

当收到启动旁路网络节点的控制信号时，执行单元断开网络节点设备接入网络的两个端口与网络节点设备的通讯连接，并在两个端口之间架构直连的通讯链路；

当收到解除旁路网络节点的控制信号时，其断开两个端口之间直连的通讯链路，并恢复两个端口与网络节点设备的通讯连接。

当然，旁路中继装置100还可以包括为执行单元提供电源的供电单元。

如图4所示，是本发明一个实施例中的旁路中继装置100的电路结构示意图。在此实施例中，控制单元为节点设备内部的处理器(图中未示出)，执行单元为开关三极管和信号继电器，供电单元为5V电源。

Port1、Port2是网络某节点设备的一对通讯端口，D1～D4是四个信号继电器，用于该节点设备在正常工作状态与设备故障情况下的数据通道的切换选择。由于每路以太网有收发两对差分线，而每个信号继电器只能提供两路信号通道的切换，因此每个旁路端口需要配置两个信号继电器。当网络节点设备正常工作时，控制信号Q_H(通常为高电平有效)驱动四个开关三极管V5～V8导通，四个信号继电器通电而吸合(图中D1～D4的引脚3、4连通，引脚7、8连通)，此时从Port1、Port2端口流入的数据分别通过FX1端口和FX2端口进入网络节点设备内部的数据处理电路。当设备故障或掉电情况下，四个信号继电器失电而释放(图中D1～D4的引脚2、3连通，引脚8、9连通)，Port1、Port2端口直接连通，从Port1端口流入的数据直接送至Port2端口，或者从Port2端口流入的数据直接送至Port1端口。

通常，控制信号Q_H可以由网络节点设备内部的处理器提供。在设备掉电或上电系统没有完全启动之前，处理器没有运行工作，信号继电器处于失电而释放状态(图中D1～D4的引脚2、3连通，引脚8、9连通)；只有当系统完全启动之后，处理器发出高电平的控制信号Q_H，驱动信号继电器通电而吸合(图中D1～D4的引脚3、4连通，引脚7、8连通)，网络节点设备才接入网络。

进一步地，由于处理器可以根据指令发出控制信号Q_H来驱动信号继电器的闭合，因此不仅在节点设备出现故障或者断电时启动旁路中继功能，还可以在节点设备正常工作时根据需要随时启动旁路中继功能，具有较高的灵活性和可控性。

此外，关于旁路中继功能的实现，上述实施例选用了开关三极管和信号继电器构成执行单元，但不应局限于此。实际应用中也可以采用可编程逻辑器件FPGA或类似的逻辑切换开关构成执行单元来实现相同的功能。

当然，本发明提出的旁路中继装置也可应用于其他网络拓扑结构，不限于上述实施例的环形网络。

本发明为网络的每个节点设备配置一个旁路中继装置。当某个网络节点出现故障时，该节点配置的旁路中继装置启动，迅速旁路节点设备，让此故障节点的上下级或是左右级的节点直接互连。从物理连接上来看，此时的故障节点相当于一段通讯链路，整个网络拓扑结构没有改变，只是将故障节点及接入该节点上的终端设备移除出网络，保持网络通路的连续性、完整性。本方案电路功能简单，实现简易，不会破坏既有的网络拓扑结构，也不用增加软件控制的难度，并且即使网络中同时出现多个节点故障也不会导致网络通讯的瘫痪。

虽然本发明所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，在实施的形式上及细节上所作的任何修改与变化，都应该在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种应用于网络通讯的旁路中继装置，其特征在于，包括：

控制单元，其发出用于启动或者解除旁路网络节点的控制信号；

执行单元，其连接所述控制单元，当收到启动旁路网络节点的控制信号时，其断开所述网络节点设备接入网络的两个端口与所述网络节点设备的通讯连接，并在所述两个端口之间架构直连的通讯链路，当收到解除旁路网络节点的控制信号时，其断开所述两个端口之间直连的通讯链路，并恢复所述两个端口与所述网络节点设备的通讯连接。

2.如权利要求1所述的旁路中继装置，其特征在于，还包括：

供电单元，其连接所述执行单元，为所述执行单元提供电源。

3.如权利要求1或2所述的旁路中继装置，其特征在于：

当所述网络节点设备发生/解除故障时，所述控制单元自动地发出启动/解除旁路网络节点的控制信号。

4.如权利要求3所述的旁路中继装置，其特征在于：

进一步地，所述控制单元根据指令发出所述控制信号。

5.如权利要求4所述的旁路中继装置，其特征在于：

所述控制单元为所述网络节点设备内部的处理器。

6.如权利要求1或2所述的旁路中继装置，其特征在于，所述执行单元包括四个信号继电器，每一所述信号继电器的电源端还各自连接一个开关三极管的第一端，所述开关三级管的第二端电性接地，控制端接收所述控制信号；

当所述开关三极管的控制端收到启动旁路网络节点的控制信号时，第一个和第三个所述信号继电器彼此连通，进而使得第一个所述端口能够从第二个所述端口直接接收数据，第二个和第四个所述信号继电器彼此连通，进而使得第一个所述端口能够向第二个所述端口直接发送数据；

当所述开关三极管的控制端收到解除旁路网络节点的控制信号时，第一个/第四个所述信号继电器切换到并连通所述网络节点设备向第一个/第二个所述端口发送信号的通路，第二个/第三个所述信号继电器切换到并连通所述网络节点设备从第一个/第二个所述端口接收信号的通路。

7.如权利要求1或2所述的旁路中继装置，其特征在于：

所述执行单元采用可编程逻辑器件构成。