CN111740927A - 一种冗余交换机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冗余交换机，包括第一电源模块、第二电源模块、主交换板、备交换板、冗余管理模块和网口切换模块：第一电源模块和第二电源模块分别与主交换板、备交换板、冗余管理模块连接；所述冗余管理模块包括微控制单元及与其通过I/O口连接的逻辑器件，所述微控制单元分别与主交换板和备交换板连接，所述逻辑器件连接网口切换模块；主交换板和备交换板分别与网口切换模块通过网线连接；网口切换模块对外提供若干路网络接口；冗余管理模块对外连接切换开关和指示灯。本发明在主交换板故障时，冗余管理模块控制网口切换模块，将外部网络接口切换连接到从交换板，实现交换板的冗余切换。

Description

一种冗余交换机
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种冗余交换机。
背景技术
在重要的数据通信系统中，需要交换机稳定可靠，交换机出现故障后要求能很快（秒级）恢复通信。通常的实现方式是采用多台交换机组成冗余环网，所有的以太网设备必须要连接到两个独立的网络环路中去，当一个交换机故障时链路自动切换到另一个交换机。
这种方式需要所有的以太网设备需要不少于2个网口，分别接到不同的交换机，且2个网口要实现冗余切换或端口绑定，需要专用的网口驱动软件支持。对于功能简单的嵌入式的设备以太网设备（比如数据采集器），实现网口冗余驱动难度大。且上述这种方式需要系统多布线一倍数量的网线，对于对体积、空间有约束的应用，如飞机上，难度就较大。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种冗余交换机，该交换机对外每个设备只接一路网口，内部交换板、电源模块均采用冗余设计，可以解决交换机设备内部交换板、电源模块单点故障带来的网络通信失效问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种冗余交换机，包括第一电源模块、第二电源模块、主交换板、备交换板、冗余管理模块和网口切换模块：所述第一电源模块和第二电源模块分别与主交换板、备交换板、冗余管理模块连接；所述冗余管理模块包括微控制单元及与其通过I/O口连接的逻辑器件，所述微控制单元分别与主交换板和备交换板连接，用于接收主交换板和备交换板提供的自身状态信息，所述逻辑器件连接网口切换模块，用于控制网口切换；所述主交换板和备交换板分别与网口切换模块通过网线连接；所述网口切换模块对外提供若干路网络接口；所述冗余管理模块对外连接切换开关和指示灯。
作为进一步的改进，当主交换板工作正常时，所述微控制单元与逻辑器件
连接的I/O口输出高电平，用于控制网口切换模块的对外网口与主交换板网口相连；当主交换板工作异常时，所述微控制单元与逻辑器件连接的I/O口输出低电平，用于控制网口切换模块的对外网口与备交换板网口相连。
作为进一步的改进，所述切换开关包括并联设置的自动/手动开关以及工
作选择开关，所述自动/手动开关用于实现冗余交换机的自动切换工作模式或手动切换工作模式，所述工作选择开关用于控制网口切换模块的外部网口接入到主交换板或备交换板的网口。
作为进一步的改进，所述逻辑器件通过自动/手动开关基于自动或者手动
的方式输出选择信号用于控制网口切换：当所述逻辑器件基于自动的方式输出选择信号时，微控制单元根据主交换板和备交换板的工作状态，自动控制网口切换模块的外部网口接入到正常工作的主交换板或备交换板；当所述逻辑器件基于手动的方式输出选择信号时，通过工作选择开关来手动控制网口切换模块的外部网口接入到主交换板或备交换板的网口，实现手动选择控制。
作为进一步的改进，所述网口切换模块根据逻辑器件输出的选择信号控制
外部网口与主交换板网口或备交换板网口连接，其中，当选择信号为高电平时，外部网口与主交换板网口连接；当选择信号为低电平时，外部网口与备交换板网口连接。
作为进一步的改进，所述指示灯包括并联设置的主交换板状态指示灯、备
交换板状态指示灯、自动切换指示灯和手动切换指示灯，当自动/手动开关选择为自动工作模式时，自动切换指示灯亮；当自动/手动开关选择为手动工作模式时手动切换指示灯亮；当控制外部网口与主交换板连接时，主交换板状态指示灯；当控制外部网口与备交换板连接时，备交换板状态指示灯。
作为进一步的改进，所述主交换板和/或备交换板通过串口向冗余管理模块输出其状态信息。
本发明提供的冗余交换机包括两块电源模块、两块交换板、冗余管理模块和网口切换模块，相比现有交换机设备，本发明中两块电源模块和两块交换板均冗余，当单块电源模块或交换板故障时，不影响系统工作；另一方面，冗余管理模块根据主交换板、备交换板的状态信息和冗余控制策略，自动控制网口切换模块选择工作正常的交换板网口对外连接，实现网络连接的高可靠。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明冗余交换机一实施例的组成框图。
图2是本发明冗余管理模块框图。
图3是本发明冗余管理模块中逻辑器件的控制图。
图4是本发明网口切换模块框图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种冗余交换机，由第一电源模块、第二电源模块、主交换板、备交换板、冗余管理模块和网口切换模块组成。图1是本发明冗余交换机一实施例的组成框图。参见图1，第一电源模块和第二电源模块分别命名为1#电源模块、2#电源模块，主交换板和备交换板分别命名为1#交换板、2#交换板，
其中，1#、2#电源模块分别与1#交换板、2#交换板、冗余管理模块连接，用于给后三者供电；1#交换板、2#交换板分别与冗余管理模块连接，用于向冗余管理模块提供自身的状态信息；1#交换板、2#交换板分别与网口切换模块通过网线连接；冗余管理模块与网口切换模块连接，用于控制网口切换；网口切换模块对外提供若干路网络接口；冗余管理模块对外连接指示灯和切换开关。优选地，1#交换板和/或2#交换板为普通的带管理功能的交换板，可通过串口输出自身的状态信息。通过上述设置，本发明在主、备两块交换板同时处于工作状态时，通过网口切换模块，只将主交换板的物理网口与外部接口进行连接，备交换板的物理网口不与外部连接，处于热备状态。主、备交换板同时将自检状态信息周期发给冗余管理模块：当主交换板故障时，冗余管理模块控制网口切换模块，将外部网络接口切换连接到备交换板，实现交换板的冗余切换。
在进一步的技术方案中，切换开关包括并联设置的自动/手动开关以及工作选择开关，其中，自动/手动开关用于实现冗余交换机的自动切换工作模式或手动切换工作模式，当冗余交换机处于自动切换工作模式时，冗余管理模块根据1#交换板、2#交换板的状态信息和冗余控制策略，自动控制网口切换模块选择工作正常的交换板网口对外连接，实现网络连接的高可靠；当冗余交换机处于手动切换工作模式时，主要用于出厂分别对主、备交换板进行配置、测试以及当冗余管理模块中MCU故障时，可手动实现对交换板的切换；工作选择开关用于控制网口切换模块的外部网口接入到主交换板或备交换板的网口。需要说明的是，工作选择开关包括1#工作开关和2#工作开关，即根据1#工作开关和2#工作开关来手动控制外部网口接入到1#或2#交换板的网口。同时，指示灯包括并联设置的主交换板状态指示灯、备交换板状态指示灯、自动切换指示灯和手动切换指示灯，当自动/手动开关选择为自动工作模式时，自动切换指示灯亮；当自动/手动开关选择为手动工作模式时手动切换指示灯亮；当控制外部网口与主交换板连接时，主交换板状态指示灯；当控制外部网口与备交换板连接时，备交换板状态指示灯。
图2是本发明冗余管理模块框图。参见图2，冗余管理模块包括微控制单元（MCU，Micro Controller Unit）和逻辑器件，逻辑器件连接网口切换模块，MCU分别与1#交换板和2#交换板连接，并通过I/O口与逻辑器件连接，控制主交换板状态指示灯、备交换板状态指示灯。具体地，当MCU接收1#交换板和2#交换板的状态信息，用于判断两块交换板的工作状态，当交换板工作正常时，控制对应工作状态指示灯亮，否则控制对应指示灯灭，例如，当1#交换板工作正常时，MCU与逻辑器件连接的I/O口输出高电平，用于控制网口切换模块的对外网口与1#交换板网口相连；当1#交换板工作异常时，MCU与逻辑器件连接的I/O口输出低电平，用于控制网口切换模块的对外网口与2#交换板网口相连。
同时，冗余管理模块的逻辑器件控制图如图3所示，用于实现网络切换控制及工作状态显示。结合图3，当手动/自动开关打到自动档时，选择信号与1相连，即接收MCU的I/O口控制，由MCU根据两个交换板的工作状态，自动控制外部网口接入到正常工作的交换板；当手动/自动开关打到手动档时，选择信号与2相连，即根据1#工作开关、2#工作开关来手动控制外部网口接入到1#或2#交换板的网口，实现交换板的手动选择控制，当开关打到1#交换板工作时为高电平，打到2#交换板工作时为低电平。同时，冗余管理模块的逻辑器件还控制指示灯，当自动/手动开关选择为自动工作模式时，自动切换指示灯亮；当自动/手动开关选择为手动工作模式时，手动切换指示灯亮；当控制外部网口与1#交换板连接时，1#交换板状态指示灯指示灯亮；当控制外部网口与2#交换板连接时，2#交换板状态指示灯指示灯亮。
此外，作为本发明的有优选实施例，网口切换模块控制图如图4所示，用于根据选择信号控制外部网口与1#交换板网口或2#交换板网口连接，其中，当选择信号为高电平时，外部网口与1#交换板网口连接；当选择信号为低电平时，外部网口与2#交换板网口连接。需要说明的是，该网口切换模块中每条网络线路用简单的数字逻辑电路实现，故障率极低，且单个器件故障也只影响某一路网络的某一条线路，可能影响该路网络速度（如从1000M降为100M），不会导致整个交换机无法工作。
总之，本发明冗余交换机一方面有两块电源模块和两块交换板冗余，当单块电源模块或交换板故障时，不影响系统工作；另一方面，冗余管理模块根据1#交换板、2#交换板的状态信息和冗余控制策略，自动控制网口切换模块选择工作正常的交换板网口对外连接，实现网络连接的高可靠，解决了现有交换机设备内部交换板、电源模块单点故障带来的网络通信失效问题。
上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他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种冗余交换机，其特征在于，包括第一电源模块、第二电源模块、主交换板、备交换板、冗余管理模块和网口切换模块：所述第一电源模块和第二电源模块分别与主交换板、备交换板、冗余管理模块连接；所述冗余管理模块包括微控制单元及与其通过I/O口连接的逻辑器件，所述微控制单元分别与主交换板和备交换板连接，用于接收主交换板和备交换板提供的自身状态信息，所述逻辑器件连接网口切换模块，用于控制网口切换；所述主交换板和备交换板分别与网口切换模块通过网线连接；所述网口切换模块对外提供若干路网络接口；所述冗余管理模块对外连接切换开关和指示灯。
2.根据权利要求1所述的冗余交换机，其特征在于，当主交换板工作正常时，所述微控制单元与逻辑器件连接的I/O口输出高电平，用于控制网口切换模块的对外网口与主交换板网口相连；当主交换板工作异常时，所述微控制单元与逻辑器件连接的I/O口输出低电平，用于控制网口切换模块的对外网口与备交换板网口相连。
3.根据权利要求2所述的冗余交换机，其特征在于，所述切换开关包括并联设置的自动/手动开关以及工作选择开关，所述自动/手动开关用于实现冗余交换机的自动切换工作模式或手动切换工作模式，所述工作选择开关用于控制网口切换模块的外部网口接入到主交换板或备交换板的网口。
4.根据权利要求3所述的冗余交换机，其特征在于，所述逻辑器件通过自动/手动开关基于自动或者手动的方式输出选择信号用于控制网口切换：当所述逻辑器件基于自动的方式输出选择信号时，微控制单元根据主交换板和备交换板的工作状态，自动控制网口切换模块的外部网口接入到正常工作的主交换板或备交换板；当所述逻辑器件基于手动的方式输出选择信号时，通过工作选择开关来手动控制网口切换模块的外部网口接入到主交换板或备交换板的网口，实现手动选择控制。
5.根据权利要求4所述的冗余交换机，其特征在于，所述网口切换模块根据逻辑器件输出的选择信号控制外部网口与主交换板网口或备交换板网口连接，其中，当选择信号为高电平时，外部网口与主交换板网口连接；当选择信号为低电平时，外部网口与备交换板网口连接。
6.根据权利要求5所述的冗余交换机，其特征在于，所述指示灯包括并联设置的主交换板状态指示灯、备交换板状态指示灯、自动切换指示灯和手动切换指示灯，当自动/手动开关选择为自动工作模式时，自动切换指示灯亮；当自动/手动开关选择为手动工作模式时，手动切换指示灯亮；当控制外部网口与主交换板连接时，主交换板状态指示灯；当控制外部网口与备交换板连接时，备交换板状态指示灯。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的冗余交换机，其特征在于，所述主交换板和/或备交换板通过串口向冗余管理模块输出其状态信息。
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