CN110602003B - 一种光口可灵活配置的矿用本安型万兆三层交换机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于万兆三层交换机技术领域，公开了一种光口可灵活配置的矿用本安型万兆三层交换机，包括：电源缓启动电路、本安型DC‑DC电路、本安二次保护电路、万兆三层交换电路、SFP电源管控电路、SFP分步上电电路、SFP群组和RJ45群组。本发明的交换机数据通信在网络层，大大提高了网络工作效率和系统可扩展性，能够实现分步式上电，减小冲击电流。

Description

一种光口可灵活配置的矿用本安型万兆三层交换机
技术领域
本发明属于万兆三层交换机技术领域，尤其涉及一种光口可灵活配置的矿用本安型万兆三层交换机。
背景技术
煤矿综合自动化是煤矿高产、高效和安全生产的保证，而煤矿井下网络平台是实现煤矿综合自动化的基础。目前，我国的许多煤矿都建立了工业以太网，用于井下采煤装备以及井下环境参数的监控；但主要是采用百兆+千兆混合网络方式(百兆下行+千兆上行组环)。
目前井下以太网交换机的不足之处主要体现在以下几点：1、传输速率不高，大部分集中在100兆端口通信，一般只有2-3个固定上行千兆组环端口。2、数据交换主要处于数据链路层，随着井下通信监测技术的发展和设备的增多，所要传输的数据量也在急剧上升，传统的二层转发技术已经不能满足现代化井下通信的需求。3、井下所使用的本安电源，对整机功耗和启动冲击电流有明确要求(GB3836.4本安防爆标准)，负载设备功耗一般不允许超过18W。此要求限制了大部分普通万兆三层交换机在井下的使用。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种光口可灵活配置的矿用本安型万兆三层交换机，数据通信在网络层，大大提高了网络工作效率和系统可扩展性，能够实现分步式上电，减小冲击电流。
本发明实施例是这样实现的：
一种光口可灵活配置的矿用本安型万兆三层交换机，包括：
电源缓启动电路、本安型DC-DC电路、本安二次保护电路、万兆三层交换电路、SFP电源管控电路、SFP分步上电电路、SFP群组和RJ45群组；电源缓启动电路与本安型DC-DC电路连接，本安型DC-DC电路分别与本安二次保护电路、万兆三层交换电路和SFP电源管控电路连接，万兆三层交换电路分别与SFP电源管控电路、SFP群组和RJ45群组连接，SFP电源管控电路与SFP分步上电电路连接，SFP分步上电电路分别与SFP群组中的各个SFP光模块连接；
电源缓启动电路上电，通过本安型DC-DC电路后，经本安二次保护电路进行保护，给万兆三层交换电路供电；
万兆三层交换电路上电完成初始化之后，通过IO管脚打开SFP电源管控电路，通过SFP分步上电电路，逐一给SFP群组中的各个SFP光模块上电；
万兆三层交换电路读取各个SFP光模块的内部信息并获取光模块的工作速率，选择将光模块对应的各个网络端口配置成与之适应的速率；
万兆三层交换电路记录并保存配对上的端口信息，开启交换机的三层交换转发功能；
其中，SFP群组包括多个万兆光口和多个千兆光口，RJ45群组包括多个RJ45电口，万兆光口可配置为10G/5G/1G，千兆光口可配置为1G/2.5G/5G。
本发明实施例中，数据通信在网络层，大大提高了网络工作效率和系统可扩展性。灵活的万兆千兆光口可配置模式，满足井下日益发展的大数据通信网络对高速端口的需求。通过可控的分步上电电路，解决万兆交换电路和多个光模块混合负载过大导致的本安启动保护问题。通过SFP和万兆交换电路分步上电及电源缓启动技术，提供了一个满足GB3836.4本安防爆标准的万兆千兆端口灵活可配的三层交换机，完全符合现代矿井高信息量的数据交换。本发明可广泛替代现有井下环网通信设备，或用于矿山煤炭通信设备厂家做二次开发使用。
附图说明
图1是本发明的本安型万兆三层交换机原理图；
图2是本发明的SFP电源管控电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及一种万兆三层交换机，尤其涉及一种用于煤矿井下机电装备的工况信息传输的本安型三层交换机。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
如图1和图2所示，一种光口可灵活配置的矿用本安型万兆三层交换机，包括：
电源缓启动电路、本安型DC-DC电路、本安二次保护电路、万兆三层交换电路、SFP电源管控电路、SFP分步上电电路、SFP群组和RJ45群组；电源缓启动电路与本安型DC-DC电路连接，本安型DC-DC电路分别与本安二次保护电路、万兆三层交换电路和SFP电源管控电路连接，万兆三层交换电路分别与SFP电源管控电路、SFP群组和RJ45群组连接，SFP电源管控电路与SFP分步上电电路连接，SFP分步上电电路分别与SFP群组中的各个SFP光模块连接；
电源缓启动电路上电，通过本安型DC-DC电路后，经本安二次保护电路进行保护，给万兆三层交换电路供电；
万兆三层交换电路上电完成初始化之后，通过IO管脚打开SFP电源管控电路，通过SFP分步上电电路，逐一给SFP群组中的各个SFP光模块上电；
万兆三层交换电路读取各个SFP光模块的内部信息并获取光模块的工作速率，选择将各个SFP光模块对应的各个网络端口配置成对应的速率；例如图中，选择将SFP1-4对应的网络端口配置成对应的速率(千兆或万兆)；SFP5-6配置成千兆光口。
万兆三层交换电路记录并保存配对上的端口信息，开启交换机的三层交换转发功能；端口速度可以配置为百兆、千兆或万兆，万兆三层交换电路通过读取ddm(DigitalDiagnostics Monitoring数字诊断监测)信息，来对插入SFP光模块的端口进行配置，使其端口速率和光模块速度适应。万兆三层交换电路记录并保存这一次端口和SFP光模块配对上的如速率，光模块型号等信息给CPU，CPU可以是万兆三层交换电路的内置处理器也可以是外置处理器。例如SFP5-6为千兆端口，可以配置成千兆或百兆速率。SFP1-4为万兆端口，可以根据所使用的光模块适配成万兆或千兆或百兆。系统下次启动时，该端口就会直接被配置成默认状态，方便用户直接使用。如4个万兆+2个千兆的工作模式(2个万兆上行端口，2个万兆通信端口，2个千兆通信端口)，或3个万兆3个千兆的工作模式(2个万兆上行，3个千兆下行，一个备用口)。从而实现6个光口的灵活配置。
其中，SFP群组包括多个万兆光口和多个千兆光口，RJ45群组包括多个RJ45电口，万兆光口可配置为10G/5G/1G，千兆光口可配置为1G/2.5G/5G，例如图中，SFP群组包括4个万兆光口和2个千兆光口。
本发明通过电源管控技术和光口分步上电电路，依次给万兆交换电路和光模块电路上电，最大程度上减少系统启动冲击电流对本安电源的影响，确保本系统符合本安设计要求。具体原理如下：
1、本安电源经由电源缓启动电路，由本安型DC-DC降压电路和本安二次保护电路给三层交换电路单元供电。
2、万兆三层交换电路上电启动完成后，通过IO管脚(SFP_Enable1)打开SFP电源管控电路，给SFP光模块供电，如图2所示，图中，SFP电源管控电路为一开关电路，主要由电感L1、分压电阻R1和R2、开关管Q1以及电容C1形成，通过控制开关管Q1的关断或导通来实现上电功能。此管控电路包含但不限于一个或多个可控的光模块。同时不限于一个或多个扩展出来的可控IO。
3、SFP电源管控电路打开后，通过SFP分步上电电路，逐一给SFP光模块上电，尽量减少光模块上电对本安电源的冲击电流影响。
4、三层交换电路读取SFP光模块的内部信息并获取光模块的工作速率，选择将SFP1-4对应的网络端口配置成对应的速率。
5、记录并保存配对上的端口信息，开启交换机的三层交换转发功能。
其中，本万兆交换机提供最多4个万兆光口和2个千兆光口及若干个RJ45电口，其中万兆口可配置为10G/5G/1G，千兆口可配置为1G/2.5G/5G，灵活满足井下本安交换机万兆上行组环或者下行通信对高速端口的需求。本万兆交换机使用单电源供电，通过电源管控电路，分别对万兆交换电路和SFP光模块进行上电管控，有效减少了系统启动时的冲击电流。区别于工作在数据链路层的二层交换机，本万兆交换机工作在网络层，即OSI分层模型的第三层。通过SFP分步上电技术，对管控后的多个SFP光模块进行分步上电，有效减少冲击电流对本安电源的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种光口可灵活配置的矿用本安型万兆三层交换机，其特征在于，包括：
电源缓启动电路、本安型DC-DC电路、本安二次保护电路、万兆三层交换电路、SFP电源管控电路、SFP分步上电电路、SFP群组和RJ45群组；电源缓启动电路与本安型DC-DC电路连接，本安型DC-DC电路分别与本安二次保护电路、万兆三层交换电路和SFP电源管控电路连接，万兆三层交换电路分别与SFP电源管控电路、SFP群组和RJ45群组连接，SFP电源管控电路与SFP分步上电电路连接，SFP分步上电电路分别与SFP群组中的各个SFP光模块连接；
电源缓启动电路上电，通过本安型DC-DC电路后，经本安二次保护电路进行保护，给万兆三层交换电路供电；
万兆三层交换电路上电完成初始化之后，通过IO管脚打开SFP电源管控电路，通过SFP分步上电电路，逐一给SFP群组中的各个SFP光模块上电；
万兆三层交换电路读取各个SFP光模块的内部信息并获取光模块的工作速率，选择将各个SFP光模块对应的各个网络端口配置成对应的速率；
万兆三层交换电路记录并保存配对上的端口信息，开启交换机的三层交换转发功能；
其中，SFP群组包括多个万兆光口和多个千兆光口，RJ45群组包括多个RJ45电口，万兆光口可配置为10G/5G/1G，千兆光口可配置为1G/2.5G/5G。
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