CN107104737A - 一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统，属于数据网络中的节点设备领域，所述基于光纤互连的节点设备端口扩展系统包括多个链路数据处理单元，一个链路汇聚/分解单元和一个转换单元；多个链路数据处理单元分别于链路汇聚/分解单元交互，链路汇聚/分解单元和转换单元交互。本发明可以有效减少节点设备端口扩展的互连线缆数量、扩展总线传输距离、降低系统扩展成本；可以减少网络数据转发层次、满足网络系统中大数据量及时处理和传输的需求，有利于基于SpaceWire节点设备的网络系统构建，可以提高网络系统的稳定性及数据传输效率、实现系统的光纤互连。
Description
技术领域
本发明涉及数据网络中的节点设备，具体为一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统及方法。
背景技术
SpaceWire是一种高速、点对点、全双工的串行总线，以IEEE 1355-1995和LVDS(Low Voltage Differential Signaling)两个商业标准为基础，具有低成本、高可靠及结构灵活的特点，同时考虑空间应用的特点，除具有很好的抗电磁干扰特性之外，在错误检测、异常处理、故障保护和恢复方面做了相应加强，在欧洲、美国和日本等多个遥感和商业卫星中得到应用。SpaceWire标准致力于航天器有效载荷系统数据和控制信息的处理，以满足未来高性能数据传输为目标，提供了一种统一的用来连接传感器、数据处理单元、大容量存储器、遥测子系统的基础架构。
随着航天科技的不断进步、应用领域的不断拓展，空间探测任务日益复杂化和多样化，同时也给航天器数据网络提出了更高的要求。因此需要一种速率更快、更可靠性的数据传输网络。为满足星载数据网络系统中大数据量实时处理传输需求，基于SpaceWire协议体系结构，ESA在2007年而提出了面向Gbps级高速数据传输需求的、具有高可靠性的光纤版SpaceWire，即SpaceFibre总线技术；其是对SpaceWire总线技术的提速和延伸，可以实现航天器SpaceWire及SpaceFibre信息网络构建，能够满足未来高性能、高速数据传输，是未来航天器大容量数据传输的主要解决方案。
在网络系统数据传输过程中，设备互连是一个关键技术问题。现有系统中，SpaceWire节点设备通过LVDS线缆互连，可用端口数量受传输带宽、路由或交换端口数量限制，难以满足数量不断增加的节点设备端口扩展需求。
中国科学院空间科学与应用研究中心的专利号为CN 101009542B的“一种数据网络节点设备端口的扩展装置”，该专利是基于200Mbps的SpaceWire节点控制器的三个链路端口，采用差分信号交叉开关芯片及交换控制逻辑电路进行端口扩展，扩展能力有限，不能进行多链路整合，不利于后续网络系统的升级及大量端口扩展。如果采用SpaceWire路由器进行端口扩展，会使网络传输数据转发层次增加，系统实时性、稳定性及效率降低，系统成本也会增加。
总之，现有节点设备端口均存在着难以扩展或代价偏高、无法直接与光纤介质互连的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统及方法，能够满足下一步技术的发展及端口日益增加的需求，解决端口难以扩展的问题，可以实现基于SpaceWire节点设备的端口有效扩展及光纤介质互连。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统，包括多个链路数据处理单元，一个链路汇聚/分解单元和一个转换单元；多个链路数据处理单元分别于链路汇聚/分解单元交互，链路汇聚/分解单元和转换单元交互；
所述的链路数据处理单元用于对应链路的数据接收/发送和转换；
链路数据处理单元包括数据接收和发送模块，用于将链路的data/strobe信号进行解码，转换成并行数据，并和对应的链路标识一起送入链路汇聚/分解单元；或者，将链路汇聚/分解单元送过来的数据，根据链路标识接收链路相匹配的数据，并将并行数据转换成串行data/strobe信号发送到对应链路；
所述的链路汇聚/分解单元用于多个链路数据处理单元的数据汇聚或数据分解；
链路汇聚/分解单元包含链路汇聚模块和分解模块，用于将链路数据处理单元送来的并行数据和链路标识进行组装，送入转换单元；或者，将转换单元的数据依据链路标识发送到链路数据处理单元；
所述的转换单元用于链路汇聚/分解单元数据串并转换及光电转换；
转换单元包含串并转换模块、光电转换器及电光转换器，用于串行数据和并行数据的转换，将不同波长的光信号转换成电信号和将电信号转换成不同波长的光信号，波长能够配置选择。
可选的，还包括复用/解复用单元；多个连接同类型链路的链路数据处理单元，一个链路汇聚/分解单元和一个转换单元构成一个光纤链路，多个光纤链路分别通过转换单元连接复用/解复用单元；
所述的复用/解复用单元用于多个光纤链路上的数据复用或解复用；通过将不同波长的光信号经基于波分复用技术的复合器耦合到一根光纤中进行传输，或者，将复合光信号经过波长选择，选择特定波长的光信号，分发到对应的光纤链路中。
可选的，还包括与复用/解复用单元或转换单元交互的逆转换单元；
所述的逆转换单元用于高速电接口扩展和互连，逆转换单元包括光电转换器和电光转换器，用于将光信号转换成电信号和将电信号转换成光信号。
可选的，还包括系统处理单元，系统处理单元与转换单元、复用/解复用单元和逆转换单元中的至少一个通过光纤介质互连。
一种基于光纤互连的节点设备端口扩展方法，包括如下步骤，
步骤1，根据网络系统需求，搭建如权利要求1-4中任意一项所述的节点设备端口扩展系统；
步骤2，分别将网络系统中的链路与链路数据处理单元一一对应连接，将网络系统中的光纤介质与转换单元、复用/解复用单元、逆转换单元或系统处理单元对应连接；
步骤3，当网络系统中的光纤介质与转换单元对应连接时；
3.1由链路向光纤介质进行数据传输的步骤如下，
链路数据处理单元将链路data/strobe信号进行解码，转换成并行数据，并和链路标识一起送入链路汇聚/分解单元；
链路汇聚/分解单元将链路数据处理单元送来的并行数据和链路标识进行组装，送入转换单元；
转换单元将并行数据转换为串行数据，并电信号转换成不同波长的光信号，经光纤介质输出；
3.2由系统光线向链路进行数据传输的步骤如下，
转换单元将经光纤介质输入的串行数据转换为并行数据，并将不同波长的光信号转换成电信号，送入链路汇聚/分解单元；
链路汇聚/分解单元将转换单元的数据依据链路标识发送到对应的链路数据处理单元；
链路数据处理单元将链路汇聚/分解单元送过来的数据根据链路标识接收链路相匹配的数据，并将并行数据转换成串行data/strobe信号发送到对应链路上。
可选的，步骤3中，当网络系统中的光纤介质与复用/解复用单元对应连接时；
由链路向光纤介质进行数据传输的步骤还包括，复用/解复用单元将不同波长的光信号经基于波分复用技术的复合器耦合到一根光纤中进行传输；
由系统光线向链路进行数据传输的步骤还包括，复用/解复用单元将复合光信号经过波长选择，选择特定波长的光信号，分发到对应的转换单元中。
可选的，步骤3中，当网络系统中的光纤介质与逆转换单元对应连接时；由逆转换单元提供高速电接口扩展和互连；
由链路向光纤介质进行数据传输的步骤还包括，逆转换单元将电信号转换成光信号；
由光纤介质向链路进行数据传输的步骤还包括，逆转换单元光信号转换成电信号。
可选的，步骤3中，当网络系统中的光纤介质与系统处理单元对应连接时；系统处理单元与转换单元、复用/解复用单元和逆转换单元中的至少一个通过光纤介质互连进行数据传输。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种基于光纤互联的节点设备端口扩展系统及方法，利用链路数据处理单元实现串行链路数据data/strobe与并行数据的转换；利用链路汇聚/分解单元实现多路数据汇聚或数据分解；利用转换单元实现数据串并转换及光电转换，波长可配置选择；利用复用/解复用单元实现两个及以上光纤链路上的数据复用或解复用；当系统采用高速电接口需要扩展和互连时，需利用逆转换单元实现，可以实现与光纤介质的互连。
本发明可以有效减少节点设备端口扩展的互连线缆数量、扩展总线传输距离、降低系统扩展成本；可以减少网络数据转发层次、满足网络系统中大数据量及时处理和传输的需求，有利于基于SpaceWire节点设备的网络系统构建，可以提高网络系统的稳定性及数据传输效率、实现系统的光纤互连。
附图说明
图1本发明实例1所述的节点设备端口扩展系统拓扑图。基本型
图2本发明实例2所述的节点设备端口扩展系统拓扑图。多链路复用型
图3本发明实例3所述的节点设备端口扩展系统拓扑图。含逆转换单元的多链路复用型
图4本发明实例4所述的节点设备端口扩展系统拓扑图。多链路复合型
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，虽然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
本发明一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统，包括：链路数据处理单元、链路汇聚/分解单元、转换单元、复用/解复用单元、逆转换单元。
其中，链路数据处理单元实现数据接收/发送和转换，包含数据接收和发送模块，可以将链路data/strobe信号进行解码，转换成并行数据，并和链路标识一起送入链路汇聚/分解单元；也可以将链路汇聚/分解单元送过来的数据根据链路标识接收链路相匹配的数据，并将并行数据转换成串行data/strobe信号发送到链路上。
采用链路汇聚/分解单元实现多路数据汇聚或数据分解，包含链路汇聚模块和分解模块，将链路数据处理单元送来的并行数据和链路标识以一定的方式进行组装，送入转换单元；将转换单元的数据依据链路标识发送到不同的链路数据处理单元。
转换单元实现数据串并转换及光电转换，包含串并转换模块、光电转换器及电光转换器，实现串行数据和并行数据的转换，将不同波长的光信号转换成电信号和将电信号转换成不同波长的光信号，波长可配置选择。
采用复用/解复用单元实现两个及以上光纤链路上的数据复用或解复用，将不同波长的光信号经基于波分复用技术的复合器耦合到一根光纤中进行传输，也可以将复合光信号经过波长选择，选择特定波长的光信号。
采用逆转换单元实现高速电接口扩展和互连。当系统采用高速电接口需要扩展和互连时，同时为了扩展传输距离，减少互连线缆数量以降低系统成本，需要逆转换单元，其可以实现与光纤介质互连，该单元包含光电转换器和电光转换器，可以将光信号转换成电信号和将电信号转换成光信号。
根据链路组成结构和节点设备端口扩展方式，基于光纤互连的节点设备端口扩展方法分为基本型节点设备端口扩展和多链路复用型节点设备端口扩展。基本型节点设备端口扩展包含链路数据处理单元、链路汇聚/分解单元、转换单元，根据系统是否采用高速电接口扩展和互连，可以包含或不包含逆转换单元。多链路复用型节点设备端口扩展包含链路数据处理单元、链路汇聚/分解单元、转换单元、复用/解复用单元，根据系统是否采用高速电接口扩展和互连，可以包含或不包含逆转换单元。
具体的扩展方法，如以下实例所述。
实例1
本发明的一种具体实施例如图1所示，包含链路数据处理单元1～3，链路汇聚/分解单元，转换单元。
其中，链路数据处理单元1～3实现链路1～3的数据接收/发送和转换，包含数据接收和发送模块，可以将链路data/strobe信号进行解码，转换成并行数据，并和链路标识1～3一起送入链路汇聚/分解单元；也可以将链路汇聚/分解单元送过来的数据根据链路标识1～3接收链路相匹配的数据，并将并行数据转换成串行data/strobe信号发送到链路1～3上。
采用链路汇聚/分解单元实现链路数据处理单元1～3的数据汇聚或数据分解，包含链路汇聚模块和分解模块，将链路数据处理单元送来的并行数据和链路标识以一定的方式进行组装，送入转换单元；将转换单元的数据依据链路标识1～3发送到链路数据处理单元1～3。
转换单元实现链路汇聚/分解单元数据串并转换及光电转换，包含串并转换模块、光电转换器及电光转换器，实现串行数据和并行数据的转换，将不同波长的光信号转换成电信号和将电信号转换成不同波长的光信号，波长可配置选择。
转换单元可以实现与光纤介质互连。
实例2
本发明的另一种具体实施例如图2所示，包含链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2，链路汇聚/分解单元A、B、X，转换单元A、B、X，复用/解复用单元。
其中，链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2实现链路A1～A2、B1～B2、X1～X2数据接收/发送和转换，包含数据接收和发送模块，可以将链路data/strobe信号进行解码，转换成并行数据，并和链路标识1～6分别送入链路汇聚/分解单元A、B、X；也可以将链路汇聚/分解单元A、B、X送过来的数据根据链路标识1～6接收链路相匹配的数据，并将并行数据转换成串行data/strobe信号分别发送到链路A1～A2、B1～B2、X1～X2上。
采用链路汇聚/分解单元A、B、X实现链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2的数据汇聚或数据分解，包含链路汇聚模块和分解模块，将链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2送来的并行数据和链路标识1～6以一定的方式进行组装，分别送入转换单元A、B、X；将转换单元A、B、X的数据依据链路标识1～6发送到链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2。
转换单元A、B、X实现链路汇聚/分解单元A、B、X的数据串并转换及光电转换，包含串并转换模块、光电转换器及电光转换器，实现串行数据和并行数据的转换，将不同波长的光信号转换成电信号和将电信号转换成不同波长的光信号，波长可配置选择。
采用复用/解复用单元实现三个光纤链路上的数据复用或解复用，将不同波长的光信号经基于波分复用技术的复合器耦合到一根光纤中进行传输，也可以将复合光信号经过波长选择，选择特定波长的光信号。
复用/解复用单元可以实现与光纤介质互连。
实例3
本发明的再一种具体实施例如图3所示，包含链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2，链路汇聚/分解单元A、B、X，转换单元A、B、X，复用/解复用单元、逆转换单元。
其中，链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2实现链路A1～A2、B1～B2、X1～X2数据接收/发送和转换，包含数据接收和发送模块，可以将链路data/strobe信号进行解码，转换成并行数据，并和链路标识1～6分别送入链路汇聚/分解单元A、B、X；也可以将链路汇聚/分解单元A、B、X送过来的数据根据链路标识1～6接收链路相匹配的数据，并将并行数据转换成串行data/strobe信号分别发送到链路A1～A2、B1～B2、X1～X2上。
采用链路汇聚/分解单元A、B、X实现链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2的数据汇聚或数据分解，包含链路汇聚模块和分解模块，将链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2送来的并行数据和链路标识1～6以一定的方式进行组装，分别送入转换单元A、B、X；将转换单元A、B、X的数据依据链路标识1～6发送到链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、X1～X2。
转换单元A、B、X实现链路汇聚/分解单元A、B、X的数据串并转换及光电转换，包含串并转换模块、光电转换器及电光转换器，实现串行数据和并行数据的转换，将不同波长的光信号转换成电信号和将电信号转换成不同波长的光信号，波长可配置选择。
采用复用/解复用单元实现三个光纤链路上的数据复用或解复用，将不同波长的光信号经基于波分复用技术的复合器耦合到一根光纤中进行传输，也可以将复合光信号经过波长选择，选择特定波长的光信号。
采用逆转换单元实现高速电接口扩展和互连。当系统采用高速电接口需要扩展和互连时，同时为了扩展传输距离，减少互连线缆数量以降低系统成本，需要逆转换单元，其可以实现与光纤介质互连，该单元包含光电转换器和电光转换器，可以将光信号转换成电信号和将电信号转换成光信号。
复用/解复用单元和逆转换单元之间可以实现与光纤介质互连，逆转换单元另一端可以实现与电接口互连。
实例4
本发明在基于基本型节点设备端口扩展和多链路复用型节点设备端口扩展的基础上，构建了多链路复合型节点设备端口扩展系统，如图4所示。该系统包含链路数据处理单元A1～A2、B1～B2、C1～C2、X1～X2，链路汇聚/分解单元A、B、C、X，转换单元A、B、C、X，复用/解复用单元、逆转换单元及系统处理单元。
复用/解复用单元与系统处理单元可以实现光纤介质互连，转换单元C与系统处理单元可以实现光纤介质互连，转换单元X和逆转换单元之间可以实现与光纤介质互连，逆转换单元与系统处理单元之间可以实现电接口连接。
以上对本申请提供的一种基于光纤互连的节点设备端口扩展方法进行了详细介绍，本发明中应用具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时对于本领域的普通技术人员，依据本发明思想在具体实施方式及应用范围上均没有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (8)
1.一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统，其特征在于，包括多个链路数据处理单元，一个链路汇聚/分解单元和一个转换单元；多个链路数据处理单元分别于链路汇聚/分解单元交互，链路汇聚/分解单元和转换单元交互；
所述的链路数据处理单元用于对应链路的数据接收/发送和转换；
链路数据处理单元包括数据接收和发送模块，用于将链路的data/strobe信号进行解码，转换成并行数据，并和对应的链路标识一起送入链路汇聚/分解单元；或者，将链路汇聚/分解单元送过来的数据，根据链路标识接收链路相匹配的数据，并将并行数据转换成串行data/strobe信号发送到对应链路；
所述的链路汇聚/分解单元用于多个链路数据处理单元的数据汇聚或数据分解；
链路汇聚/分解单元包含链路汇聚模块和分解模块，用于将链路数据处理单元送来的并行数据和链路标识进行组装，送入转换单元；或者，将转换单元的数据依据链路标识发送到链路数据处理单元；
所述的转换单元用于链路汇聚/分解单元数据串并转换及光电转换；
转换单元包含串并转换模块、光电转换器及电光转换器，用于串行数据和并行数据的转换，将不同波长的光信号转换成电信号和将电信号转换成不同波长的光信号，波长能够配置选择。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统，其特征在于，还包括复用/解复用单元；多个连接同类型链路的链路数据处理单元，一个链路汇聚/分解单元和一个转换单元构成一个光纤链路，多个光纤链路分别通过转换单元连接复用/解复用单元；
所述的复用/解复用单元用于多个光纤链路上的数据复用或解复用；通过将不同波长的光信号经基于波分复用技术的复合器耦合到一根光纤中进行传输，或者，将复合光信号经过波长选择，选择特定波长的光信号，分发到对应的光纤链路中。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统，其特征在于，还包括与复用/解复用单元或转换单元交互的逆转换单元；
所述的逆转换单元用于高速电接口扩展和互连，逆转换单元包括光电转换器和电光转换器，用于将光信号转换成电信号和将电信号转换成光信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤互连的节点设备端口扩展系统，其特征在于，还包括系统处理单元，系统处理单元与转换单元、复用/解复用单元和逆转换单元中的至少一个通过光纤介质互连。
5.一种基于光纤互连的节点设备端口扩展方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，根据网络系统需求，搭建如权利要求1-4中任意一项所述的节点设备端口扩展系统；
步骤2，分别将网络系统中的链路与链路数据处理单元一一对应连接，将网络系统中的光纤介质与转换单元、复用/解复用单元、逆转换单元或系统处理单元对应连接；
步骤3，当网络系统中的光纤介质与转换单元对应连接时；
3.1由链路向光纤介质进行数据传输的步骤如下，
链路数据处理单元将链路data/strobe信号进行解码，转换成并行数据，并和链路标识一起送入链路汇聚/分解单元；
链路汇聚/分解单元将链路数据处理单元送来的并行数据和链路标识进行组装，送入转换单元；
转换单元将并行数据转换为串行数据，并电信号转换成不同波长的光信号，经光纤介质输出；
3.2由系统光线向链路进行数据传输的步骤如下，
转换单元将经光纤介质输入的串行数据转换为并行数据，并将不同波长的光信号转换成电信号，送入链路汇聚/分解单元；
链路汇聚/分解单元将转换单元的数据依据链路标识发送到对应的链路数据处理单元；
链路数据处理单元将链路汇聚/分解单元送过来的数据根据链路标识接收链路相匹配的数据，并将并行数据转换成串行data/strobe信号发送到对应链路上。
6.根据权利要求5所述的一种基于光纤互连的节点设备端口扩展方法，其特征在于，步骤3中，当网络系统中的光纤介质与复用/解复用单元对应连接时；
由链路向光纤介质进行数据传输的步骤还包括，复用/解复用单元将不同波长的光信号经基于波分复用技术的复合器耦合到一根光纤中进行传输；
由系统光线向链路进行数据传输的步骤还包括，复用/解复用单元将复合光信号经过波长选择，选择特定波长的光信号，分发到对应的转换单元中。
7.根据权利要求5所述的一种基于光纤互连的节点设备端口扩展方法，其特征在于，步骤3中，当网络系统中的光纤介质与逆转换单元对应连接时；由逆转换单元提供高速电接口扩展和互连；
由链路向光纤介质进行数据传输的步骤还包括，逆转换单元将电信号转换成光信号；
由光纤介质向链路进行数据传输的步骤还包括，逆转换单元光信号转换成电信号。
8.根据权利要求5所述的一种基于光纤互连的节点设备端口扩展方法，其特征在于，步骤3中，当网络系统中的光纤介质与系统处理单元对应连接时；系统处理单元与转换单元、复用/解复用单元和逆转换单元中的至少一个通过光纤介质互连进行数据传输。
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