CN111555985B - 流量分流模块和流量分流系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种流量分流模块和流量分流系统。所述流量分流模块包括：所述控制单元组分别与所述流量处理单元、所述电源单元和各所述光模块相连，所述控制单元组包括至少两个控制单元，各所述控制单元相连的光模块不同；各所述光模块用于将接收到的光信号转换为电信号，以及将电信号转换成光信号；所述流量处理单元与各所述光模块相连，用于接收各所述光模块转换得到的电信号进行分流处理，并将处理后的电信号发送给各所述光模块；所述电源单元分别与所述流量处理单元和各所述光模块相连，用于接收电源并进行转换，为所述控制单元组、所述流量处理单元、所述电源单元和各所述光模块提供匹配的电源。本发明实施例可以降低流量分流模块的设计成本和实现难度。

Description

流量分流模块和流量分流系统

技术领域

本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种流量分流模块和流量分流系统。

背景技术

随着以太网技术和光纤通信技术的应用，骨干网带宽的增长及规模的扩大，网络流量呈指数级的速度增长，流量的实时处理面临着数据规模庞大和流量日益复杂的挑战。

网络流量分流具体包括流量采集，以及将采集到的流量进行分流。其中，流量采集是将网络流量通过物理层、数据链路层的信号解析和解帧，实现网际协议地址(InternetProtocol，IP)原始报文的获取。目前现有的网络流量采集分流系统是通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)实现。但FPGA的成本较高，同时电路和算法的技术门槛较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种流量分流模块和流量分流系统，可以降低流量分流模块的设计成本和实现难度。

第一方面，本发明实施例提供了一种流量分流模块，包括：

控制单元组、流量处理单元、电源单元和至少两个光模块；

所述控制单元组分别与所述流量处理单元、所述电源单元和各所述光模块相连，所述控制单元组包括至少两个控制单元，各所述控制单元相连的光模块不同，各所述控制单元用于共同配合控制电源单元和各所述光模块，与所述流量处理单元通信，并接收所述流量处理单元发送的控制指令执行；

各所述光模块用于将接收到的光信号转换为电信号，以及将电信号转换成光信号；

所述流量处理单元与各所述光模块相连，用于接收各所述光模块转换得到的电信号进行分流处理，并将处理后的电信号发送给各所述光模块；

所述电源单元分别与所述流量处理单元和各所述光模块相连，用于接收电源并进行转换，为所述控制单元组、所述流量处理单元、所述电源单元和各所述光模块提供匹配的电源。

第二方面，本发明实施例还提供了一种流量分流系统，包括：

如本发明施例中任意一项所述的流量分流模块、处理器和电源转接模块；

所述流量分流模块分别与所述处理器和所述电源转接模块相连；

所述流量分流模块用于采集电信号并转发至所述处理器；

所述电源转接模块用于获取电源，并分别为所述流量分流模块和所述处理器供电；

所述处理器用于接收所述流量分流到的电信号并进行分析处理。

本发明实施例通过配置控制单元组，也即配置至少两个控制单元，并将光模块的控制功能分别分布在不同的控制单元中，可以减少每个控制单元的工作量，降低设计难度和设计成本，同时控制单元可以分布在流量分流模块的主板的不同位置处，可以优化PCB板的走线空间。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种流量分流模块的示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种流量分流模块的示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种时钟信号的示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种流量分流系统的示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种流量分流系统中数据传输的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种流量分流模块的示意图，本实施例可适用于采集网络流量，并将网络流量发送至处理器进行处理的情况。如图1所示，本实施例的流量分流模块具体包括：控制单元组110、流量处理单元120、电源单元130和至少两个光模块140。

其中，各光模块140用于将接收到的光信号转换为电信号，形成网络数据，以及将电信号转换成光信号，其中，网络数据的信号类型是电信号，实际上，光模块通过电口传输电信号。示例性的，光模块采用QSFP28，支持LR标准。具体的，每个光模块可以支持4*25Gb/s的业务流，同时有4条普通信号线以及一组IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)通信接口，采用3.3V供电，分三路滤波后进入光模块。

流量处理单元120与各光模块140相连，用于接收各光模块140转换得到的电信号进行分流处理，并将处理后的电信号发送给各所述光模块。具体的，流量处理单元120用于汇聚电信号并进行数据分流处理。示例性的，流量处理单元120为交换芯片，具体是barefoot的3.2T的交换芯片，型号可以是Tofino T10-032D，该交换芯片可以平滑升级到6.4T的带宽接入，其上的主要高速接口为128对高速Serdes(SERializer/DESerializer，串行解串器)，Serdes具体是在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。其中4对Serdes为一个核(Core)，Core内的4条Lane支持线序调整以及极性翻转。

电源单元130分别与流量处理单元120和各光模块140相连，用于接收电源并进行转换，为控制单元组110、流量处理单元120、电源单元130和各光模块140提供匹配的电源。电源单元130接收到的电源可以报考一次电源，其中，一次电源可以是指由电网市电变换成标称值为48V的直流电。

控制单元组110分别与流量处理单元120、电源单元130和各光模块140相连，控制单元组110包括至少两个控制单元，各所述控制单元相连的光模块不同，各所述控制单元用于共同配合控制电源单元和各光模块140，与流量处理单元120通信，并接收流量处理单元120发送的控制指令执行。具体的，控制单元组110用于分别控制各光模块140在位、中断、复位和点灯等。控制单元组110可以通过IIC与流量处理单元120相连。

前述光模块可以支持25G的网络流量，考虑25G的Serdes对PCB设计的插损以及回损的要求，致使流量处理单元要尽可能接近光模块扇出。这样无形中就压缩了光模块其他信号线到控制单元的出线空间，故而用至少两个控制单元分别控制一部分光模块，这样既能极大地缩小流量处理单元到光模块的高速Serdes线长，降低插损，又能简化PCB设计难度。

本发明实施例通过配置控制单元组，也即配置至少两个控制单元，并将光模块的控制功能分别分布在不同的控制单元中，可以减少每个控制单元的工作量，降低设计难度和设计成本，同时控制单元可以分布在流量分流模块的主板的不同位置处，可以优化PCB板的走线空间。

可选的，所述控制单元组包括第一控制单元和第二控制单元；所述第一控制单元分别与所述流量处理单元和至少一个第一光模块相连，用于接收所述流量处理单元的点灯控制指令，以及基于所述点灯控制指令分别向各所述第一光模块发送光模块指令，以控制各所述第一光模块，其中，所述光模块控制指令包括点灯指令、复位指令、中断指令、低功耗指令和在位指令；所述第一控制单元分别与所述电源单元相连，用于执行所述电源单元发送的机电控制指令，所述机电控制指令包括上电、复位、中断和温度监控，所述机电控制操作包括上电、复位和中断。

所述第二控制单元分别与所述流量处理单元和至少一个第二光模块相连，用于接收所述流量处理单元的点灯控制指令，以及基于所述点灯控制指令分别向各所述第二光模块发送所述光模块控制指令，以控制各所述第二光模块，所述第一光模块和所述第二光模块不同；所述第一控制单元和所述第二控制单元分别与所述处理器相连，与所述处理器进行通信，接收所述处理器发送的控制指令并执行。

具体的，第一控制单元和第二控制单元的功能分开部署，也即第一控制单元实现的功能与第二控制单元实现的功能不同。实际上，本发明实施例将可由一个控制单元完成的功能划分成两个控制单元分别实现。每个控制单元控制部分光模块，指示光模块进行点亮信号灯、进行复位、开机置位、中断以及开启低功耗模式等。其中，点灯指令用于控制单元指示光模块点亮信号灯；复位指令用于控制单元指示光模块进行复位，即重启；中断指令用于控制单元指示光模块中断当前服务，执行其他指令；低功耗指令用于控制单元指示光模块进入低功耗模式，降低光模块的功耗；在位指令用于控制单元指示光模块开机，初始化等。

在一个具体的例子中，具体如图2所示，光模块的数量为8个。每4个光模块为一组，第一光模块的数量为4个，第二光模块的数量为4个。控制单元为CPLD(ComplexProgramable Logic Device，复杂可编程逻辑器)。CPLD为成本较低的可以根据用户需求进行编辑的控制器。流量分流模块的布局位置具体如图2所示，流量分流模块210中，第一控制单元与各第一光模块相邻，第二控制单元与各第二光模块相邻，以使流量处理单元最大程度的靠近各第一光模块和各第二光模块，实现均衡PCB布局空间，减少流量处理单元到光模块的高速Serdes线长，降低插损，同时，其他信号线可以就近选择控制单元进行连接，简化PCB的布线难度，从而简化PCB设计难度。

此外，电源单元包括至少两个光模块供电单元；光模块供电单元与匹配的光模块相连，用于为匹配的光模块进行供电，其中，第一光模块匹配的光模块供电单元与第二光模块匹配的光模块供电单元不同。

如图2所示，各第一光模块可以由第一光模块供电单元供电，电压为3.3V。各第二光模块可以由第二光模块供电单元供电，电压为3.3V。可以均衡PCB设计给光模块的电流，降低局部大功率点，优化散热空间，方便散热。

流量分流模块210外接的设备至少包括电源转接模块230和处理器220。其中，电源转接模块230用于风扇控制，为流量分流模块210以及处理器220提供电源以及电源管理和温度管理等。处理器220用于获取交换芯片发送的网络流量，并进行分析处理。

实际上，第一控制单元还存在与第二控制单元相互独立且不同的功能。如图2所示，第一控制单元与电源转接模块230相邻，用于向电源转接模块230提供温度信息、电源信息和中断信息，以指示电源转接模块230进行电源和温度的查询和管理。实际上，在本发明实施例中，电源转接模块230的部分机电管理功能下沉到第一控制单元上，具体是，第一控制单元用于控制流量分流模块210和处理器220的上电时序并监控，以及中断汇聚上报和复位等操作，此外，第一控制单元还与温度传感器连接(图中未示出)，用于获取温度传感器的温度信息，上报给电源转接模块230。

具体的，控制单元组通过通用异步收发传输器UART分别与电源转接模块和处理器相连；控制单元组用于通过所述UART获取输出信号进行转换，并将转换后的信号输出到对外端口，以及通过对外端口获取输入信号进行转换，并将转换后的信号输入到所述UART。

其中，对外端口为232端口。控制端元组用于模拟选择哪一个UART与232相连。具体的，如图2所示，第一控制单元通过UART分别与电源转接模块和处理器相连，并由第一控制单元进行模拟选择。由此，可以减少全部UART均配置一个232端口，从而减少对外的232端口数目，降低了涉及难度以及成本。

需要说明的是，第一控制单元还可以通过UART连接控制面板(Console)。可选的，所述控制单元组通过UART与控制面板相连；所述控制面板用于接收用户输入的控制指令，并转发至所述控制单元组执行。

此外，外部设备还可以包括其他设备，均可以设置通过UART与控制单元组相连，间接与对外端口相连的设备，对此，本发明实施例不作具体限制。

其中，光模块可以直接与处理器相连。由于光模块数量众多，处理器直接与多路复用开关相连，由多路复用开关直接与各光模块相连，其中，多路复用开关选择连接哪一个光模块。示例性的，多路复用开关为PCA9547PW，具体是一种通过IIC总线控制的八进制双向转换开关。

可选的，如图3所示，第一控制单元通过第一晶振提供时钟信号；所述第二控制单元通过第二晶振提供时钟信号，第一晶振的频率和第二晶振的频率相同。示例性的，第一晶振的频率为50MHz，第一控制单元由第一晶振直接提供时钟信号，第二控制单元由第二晶振直接提供时钟信号，不需要进行额外处理。

流量处理单元的串行时钟信号通过处理器提供的时钟信号经过时钟缓冲器处理确定，流量处理单元的以太网(Ethernet)时钟信号通过第三晶振经过时钟缓冲器处理确定。流量处理单元的时钟信号均需要经过时钟缓冲器(Buffer)进行处理得到。示例性的，第三晶振为156.25MHz。处理器提供的时钟信号的频率为100MHz。时钟缓冲器可以是IDT时钟Buffer，具体是8SLVP1204ANLGI。处理器还提供一路100MHz的时钟信号直接提供给网卡，型号为I211 AT。

通过获取处理器的时钟信号作为参考，统一各单元的时钟，保证时序处理中的时序的精度和准确性，可以提高数据处理的实时性。

实施例二

图4为本发明实施例二提供的一种流量分流系统的示意图，本实施例以上述实施例为基础进行优化。本实施例的方法具体包括：本发明是实施例中任一项的流量分流模块410、处理器420和电源转接模块430。其中，流量分流模块410分别与处理器420和电源转接模块430相连；

流量分流模块410用于采集电信号并转发至所述处理器；电源转接模块430用于获取电源，并分别为流量分流模块410和处理器420供电；处理器420用于接收流量分流模块410到的电信号并进行分析处理。

可选的，处理器420通过多路复用开关选择访问流量分流模块410中的光模块。

可选的，电源转接模块430用于获取流量分流模块410发送的温度信息，并根据所述温度信息进行风扇控制。具体的，当确定温度信息中的温度大于等于第一阈值时，开启风扇进行散热，当确定温度小于第二阈值时，停止风扇转动。

其中，流量分流模块410用于接收电信号形式的网络通信信号，并对流量数据进行采集、汇聚、过滤和分流等，并为处理器420等提供对外端口；处理器420对流量分流模块410提供的流量数据进行提取分析并储存，同时也对流量分流模块410进行业务层次的逻辑控制；电源转接模块430主要有两个功能，其一是用做风扇控制，其二是为流量分流模块410以及处理器420提供电源以及上层的电源管理。

处理器420具备流量分析处理功能。处理器420与流量分流模块410采用标准的COM3000接口互联，提供16条高速IO接口、4条LAN接口、2条USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)3.0(兼容2.0)、4条100M时钟口、两条串口、两条IIC以及复位、中断等逻辑接口。并且处理器420采用标准内存插槽，可灵活扩充内存，应对不同带宽业务的分析处理能力。16条高速IO可以灵活配置，用于与交换芯片的通信和指定流量的传输以及处理器420与外设的网口通信。4条LAN备用与交换芯片通信互联。4路时钟为流量分流模块410提供时钟参考，使之系统通信链路时钟同源。2条UART接口经由流量分流模块410中的CPLD进行模拟选择后输出给底板对外的232端口，保证端口调试功能的同时以降低硬件接口数量。两条IIC接口，一条用于业务层次的通信，一条用于机电、温度等的控制通信。

电源转接模块430为本系统提供电源以及系统散热的风扇控制的功能。具体的，电源转接模块430为基板管理控制器(Baseboard Manager Controller，BMC)。电源转接模块430与流量分流模块410采用软线互联，其中电源采用标准电源线接口，信号采用FPC接口互联。信号接口仅有IIC接口用于与流量分流模块410、处理器420的机电管理及温度的管理与查询。串口则经由流量分流模块410、中的CPLD与处理器420提供的两路串口模拟选择后与对外硬件接口互联，保证功能的前提下，降低硬件的接口数量。同时提供对流量分流模块410以及处理器420的机电复位和中断响应。

其中，流量分流模块410为32*100G业务接入板，起到流量数据汇聚和分流作用，具体结构，以及连接关系可以参考图2。

流量分流模块410中的交换芯片的部分高速接口分别与处理器420通过PCIeGen3*4和4条10Gb/s的Ethernet接口相连，分别用于接收时钟信号，也即该交换芯片具备两组Ethernet业务参考钟以及PCIe参考钟接入(其他时钟接口暂不需应用)。交换芯片的低速通信接口包括SPI加载接口，一条与处理器420连接的IIC接口，还有一些复位、JTAG(JointTest AcTIon Group，联合测试行动小组)、温度和电源等接口。其中，JTAG是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真和调试等。

处理器420采用X86架构的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)平台，直接采用扣卡的形式，通过连接器的方式与流量分流模块410连接。提供与PCIe Gen3*4接口，以及4条Ethernet接口。提供与网卡芯片相连的PCIe 2.1的1条Lane接口，提供两路100Mhz的时钟输出。提供两条UART接口，两组USB3.0、USB2.0以及一些杂散信号。其中两条UART接口进入流量分流模块410中的第一控制单元后，通过模拟开关选择后给对外的232的端口。

各模块的数据流量，以及线路连接方式，具体图5所示。光模块与交换芯片为收发各为8*2*2*4*25Gb/s的Serdes，而交换芯片与处理器采用PCIe Gen 3.0x4互联，同时留有Ethernet 4*10Gb/s的备用通信接口，处理器留有PCIe Gen 2.1x1与网卡芯片互联。集成的流量分流系统的单板上有两条IIC总线，一个由处理器做主的总线，挂载交换芯片、第一控制单元、第二控制单元、存储器(如EEPROM)、以及4个双向转换卡关(如9547)用以选择访问不同的光模块QSFP28；另外一个主是电源转接模块做主的总线，挂载第一控制单元、第二控制单元、温度传感器、交换芯片、关键电源芯片以及CPU。

当然流量分流系统还有许多杂散逻辑以及其他通信接口，例如光模块的中断、复位、在位和低功耗模式(LPmode)等信号分组连接到第一控制单元和第二控制单元；光模块光口指示灯由交换芯片下发两条IIC分组接入到第一控制单元和第二控制单元，然后分别由第一控制单元和第二控制单元点亮；第一控制单元出4条UART接口分别两条连接处理器、一条连接电源转接模块430、一条连接Console，用于上位机访问电源转接模块430和处理器等；处理器还引出两条USB接口连接到Console端口，兼容USB3.0和USB2.0；网卡I211引出4路MDIO[p:n]RJ45；还有一些电源管理、复位和中断等杂散逻辑也都连到第一控制单元上。具体可以根据实际情况进行设定个，对此，本发明实施例不作具体限制。

本发明实施例通过将网络分流过程划分从三大模块实现，极大地优化了网络分流系统的硬件实现以及升级的灵活性。同时，为了应对硬件升级开发，可进行单个模块的重新开发升级，模块之间采用自定义的标准接口，接口可以灵活定义，通过软件修改接口功能。这样单独开发需要升级的模块即可，达到模块的复用，降低开发维护难度以及成本，同时可以降低硬件升级的成本，提高更新效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种流量分流模块，其特征在于，包括：控制单元组、流量处理单元、电源单元和至少两个光模块；

所述控制单元组分别与所述流量处理单元、所述电源单元和各所述光模块相连，所述控制单元组包括第一控制单元和第二控制单元；

所述第一控制单元分别与所述流量处理单元和至少一个第一光模块相连，用于接收所述流量处理单元的点灯控制指令，以及基于所述点灯控制指令分别向各所述第一光模块发送光模块指令，以控制各所述第一光模块，其中，所述光模块控制指令包括点灯指令、复位指令、中断指令、低功耗指令和在位指令；

所述第一控制单元与所述电源单元相连，用于执行所述电源单元发送的机电控制指令，所述机电控制指令包括上电、复位、中断和温度监控；

所述第二控制单元分别与所述流量处理单元和至少一个第二光模块相连，用于接收所述流量处理单元的点灯控制指令，以及基于所述点灯控制指令分别向各所述第二光模块发送所述光模块控制指令，以控制各所述第二光模块，所述第一光模块和所述第二光模块不同；

所述第一控制单元和所述第二控制单元分别与处理器相连，与所述处理器进行通信，接收所述处理器发送的控制指令并执行；

各所述光模块用于将接收到的光信号转换为电信号，以及将电信号转换成光信号；

所述流量处理单元与各所述光模块相连，用于接收各所述光模块转换得到的电信号进行分流处理，并将处理后的电信号发送给各所述光模块；

所述电源单元分别与所述流量处理单元和各所述光模块相连，用于接收电源并进行转换，为所述控制单元组、所述流量处理单元、所述电源单元和各所述光模块提供匹配的电源。

2.根据权利要求1所述的流量分流模块，其特征在于，所述电源单元包括至少两个光模块供电单元；

所述光模块供电单元与匹配的光模块相连，用于为匹配的光模块进行供电，其中，所述第一光模块匹配的光模块供电单元与所述第二光模块匹配的光模块供电单元不同。

3.根据权利要求1所述的流量分流模块，其特征在于，所述控制单元组通过通用异步收发传输器UART分别与电源转接模块和处理器相连；

所述控制单元组用于通过所述UART获取输出信号进行转换，并将转换后的信号输出到对外端口，以及通过所述对外端口获取输入信号进行转换，并将转换后的信号输入到所述UART。

4.根据权利要求3所述的流量分流模块，其特征在于，所述控制单元组通过UART与控制面板相连；

所述控制面板用于接收用户输入的控制指令，并转发至所述控制单元组执行。

5.根据权利要求1所述的流量分流模块，其特征在于，所述第一控制单元通过第一晶振提供时钟信号；所述第二控制单元通过第二晶振提供时钟信号，所述第一晶振的频率和所述第二晶振的频率相同。

6.根据权利要求1所述的流量分流模块，其特征在于，所述流量处理单元的串行时钟信号通过处理器提供的时钟信号经过时钟缓冲器处理确定，所述流量处理单元的以太网时钟信号通过第三晶振经过时钟缓冲器处理确定。

7.一种流量分流系统，其特征在于，包括：如权利要求1-6任意一项所述的流量分流模块、处理器和电源转接模块；

所述流量分流模块分别与所述处理器和所述电源转接模块相连；

所述流量分流模块用于采集电信号并转发至所述处理器；

所述电源转接模块用于获取电源，并分别为所述流量分流模块和所述处理器供电；

所述处理器用于接收所述流量分流到的电信号并进行分析处理。

8.根据权利要求7所述的流量分流系统，其特征在于，所述处理器通过多路复用开关选择访问所述流量分流模块中的光模块。

9.根据权利要求7所述的流量分流系统，其特征在于，所述电源转接模块用于获取所述流量分流模块发送的温度信息，并根据所述温度信息进行风扇控制。

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