CN112533083B - 一种usb光纤交换盒及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及计算机设备调度技术领域，更具体地，涉及一种USB光纤交换装置及系统。用于解决当USB从设备需要跨主机间调度且规模较大时，传统的移动USB从设备的方法较为困难、繁琐且网络数据传输时无法达到USB3.0协议中的5Gbps带宽的问题。此种USB光纤交换装置，包括控制单元、网络接口单元、多通道透传矩阵单元、扩展单元、光模块单元和存储单元；所述光模块单元包括接入光模块单元和目标光模块单元；所述控制单元从所述存储单元中读取运行指令，并对所述网络接口单元、扩展单元和多通道透传矩阵单元进行初始化。通过上述技术方案，以实现在多用户协作系统中可以灵活调度USB从设备，并且在保留USB协议链路完整性同时保留了USB3.0的5Gbps传输带宽的技术效果。

Description

一种USB光纤交换盒及系统
技术领域
本发明涉及计算机设备调度技术领域，更具体地，涉及一种USB光纤交换盒及系统。
背景技术
在多用户的协作系统中，为了调度USB从设备，常常需要把USB从设备的接口重新接入到需要使用该设备的主机中。当协作整体系统的规模较大、USB从设备较难移动、且USB从设备的调度变得频繁时，通过移动USB从设备到目标主机的方式会十分繁琐麻烦。
为实现USB从设备的跨主机间的调度与交互，现有的方法为主机间通过以太网互联后，USB数据经由IP网络进行传输。通过该方法完成USB从设备的跨主机间数据交互本质上为主机间的网络信息共享与传输，受网络情况及自身带宽的限制，无法达到USB3.0协议中的5Gbps带宽，并且当USB从设备为特殊设备如鼠标等，通过该方式互联后仍需要通过网络应用实现功能的调度。
另外的方法为利用USB光纤延长器，USB从设备接入到USB光纤延长器从端后，通过重新铺设光纤网络到目标主机的USB光纤延长器主端即可完成从设备的调度。该方法虽保留了USB传输的完整性，但光纤网络的重铺设依然会存在诸多的不便。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种USB光纤交换盒及系统，用于解决当USB从设备需要跨主机间调度且规模较大时，传统的移动USB从设备的方法较为困难、繁琐且网络数据传输时无法达到USB3.0协议中的5Gbps带宽的问题，以实现USB设备的非接触式调度，使得在多用户协作系统中可以灵活调度USB从设备，并且在保留USB协议链路的完整性同时保留了USB3.0的5Gbps传输带宽的技术效果。
本发明采取的技术方案是，一种USB光纤交换盒，其特征在于，包括控制单元、多通道透传矩阵单元和光模块单元；所述多通道透传矩阵单元连接所述控制单元，所述光模块单元包括接入光模块单元和目标光模块单元；所述控制单元读取运行指令，并对所述多通道透传矩阵单元进行初始化；所述控制单元根据实时传输的矩阵通道透传配置信息，对所述多通道透传矩阵单元进行选通配置；当光信号从接入设备传入此种USB光纤交换盒时，由所述接入光模块单元将接收到的光信号转化为高速差分电信号，再经由配置好的所述多通道透传矩阵单元转接至所述目标光模块单元，由所述目标光模块单元将所述高速差分电信号转化为光信号输出至目标设备。本技术方案通过控制单元对多通道透传矩阵单元的实时配置，以实现对输入所述USB光纤交换盒的信号可以准确地匹配或切换至目标设备，从而实现了USB设备的非接触式调度，使得在多用户协作系统中可以灵活调度USB从设备，并且在保留USB协议链路的完整性同时保留了USB3.0的5Gbps传输带宽的技术效果。
进一步地，所述多通道透传矩阵单元包括异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列；所述多通道透传矩阵单元将输入的多路所述高速差分电信号矫正恢复成原信号波形；所述原信号波形经过所述异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列，无修改地选通至对应的输出通道。所述异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列，采用MINDSPEED的多通道切换IC；通过矫正恢复成原信号波形和异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列的选通，可以快速准确地匹配至目标设备。
进一步地，异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列连接有温度监控及特性配置单元，所述温度监控及特性配置单元用于配置选通的监控和配置接口电路。通过配置选通的监控和配置接口电路，使得输入所述USB光纤交换盒的信号可以准确地匹配或切换至目标光模块单元，再由所述目标光模块单元将所述信号输出至目标设备。
进一步地，所述USB光纤交换盒还包括扩展单元，所述扩展单元连接所述控制单元，所述扩展单元用于扩展所述光模块单元。所述光模块单元用于接入USB主设备和USB从设备，并且所述扩展单元根据USB主设备和USB从设备的数量相应的扩展所述光模块单元。
进一步地，所述USB光纤交换盒还包括网络接口单元和存储单元；所述网络接口单元和存储单元均连接所述控制单元，所述控制单元从所述存储单元中读取运行指令，对所述网络接口单元、扩展单元和多通道透传矩阵单元进行初始化；所述网络接口实时传输所述矩阵通道透传配置信息至所述控制单元。所述USB光纤交换盒以控制单元和多通道透传矩阵单元为核心，和其他单元共同协作以完成从输入信号至输出信号的透传选通功能。
进一步地，所述高速差分电信号为5G高速差分电信号，所述USB光纤交换盒的传输带宽为USB3.0的5Gbps传输带宽。本发明可以达到USB3.0协议中的5Gbps带宽，可以适应5G时代的发展。
进一步地，所述接入光模块单元和/或目标光模块单元的数量为2个以上。本发明可以实现在多用户的协作系统中，对多个USB从设备进行方便快捷地调度，因此多个USB从设备和/或USB主设备的接入需对应多个接入光模块单元和/或目标光模块单元。
本发明采取的另一技术方案是，一种USB光纤交换系统，包括USB光纤交换盒、接入设备和目标设备；所述接入设备包括USB从设备和设备端光端机，所述目标设备包括USB主设备和主机端光端机；所述USB从设备连接所述设备端光端机，所述USB主设备连接所述主机端光端机，所述设备端光端机和所述主机端光端机通过光纤连接所述USB光纤交换盒；所述设备端光端机用于将电信号转化为光信号，所述主机端光端机用于将光信号转化为电信号，所述USB光纤交换盒用于对传入其中的信号进行选通透传。本技术方案以所述USB光纤交换盒为信号交换中心，通过USB光纤交换盒、USB从设备、设备端光端机、USB主设备和主机端光端机之间的连接，以及控制单元对多通道透传矩阵单元的实时配置，以实现USB从设备可以准确地匹配或切换至USB主设备；实现了USB设备的非接触式调度，以及在多用户协作系统中可以灵活调度USB从设备，并且在保留USB协议链路的完整性同时保留了USB3.0的5Gbps传输带宽的技术效果。
进一步地，所述USB从设备、设备端光端机、USB主设备和主机端光端机的数量为2个以上；所述接入光模块单元和/或目标光模块单元的数量为2个以上。
进一步地，所述设备端光端机和所述主机端光端机通过光纤分别连接在所述USB光纤交换盒的接入光模块单元和目标光模块上。所述设备端光端机用于将电信号转化为光信号，所述接入光模块单元将接收到的光信号转化为高速差分电信号，所述目标光模块单元将所述高速差分电信号转化为光信号，所述主机端光端机用于将光信号转化为电信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明实现了USB设备的非接触式调度，使得在多用户协作系统中可以灵活调度USB从设备。并且保留了USB协议链路的完整性同时保留了USB3.0的5Gbps传输带宽，充分发挥USB传输的优势，不占用另外的主机端口。通过光纤传输的方式可延长线缆长度，使得整体系统规模可进一步扩展，线路规划灵活，易于维护。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图。
图2为本发明实施例2的示意图。
图3为本发明实施例的多通道透传矩阵单元的示意图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例一种USB光纤交换盒，包括MCU控制单元、网络接口单元、多通道透传矩阵单元、扩展单元、光模块单元、存储单元和单板电源电路，所述单板电源电路为USB光纤交换盒的其他单元提供稳定供电；所述网络接口单元、多通道透传矩阵单元、扩展单元和存储单元均连接所述MCU控制单元，所述扩展单元用于扩展所述光模块单元，所述MCU控制单元通过配置扩展单元管理此种USB光纤交换盒状态信息的同时间接配置接入的光模块，所述光模块单元包括接入光模块单元和目标光模块单元,所述接入光模块单元和目标光模块单元采用SFP接口单元；所述MCU控制单元负责管理及配置此种USB光纤交换盒的各功能模块，并从所述存储单元中读取运行指令，对所述网络接口单元、扩展单元和多通道透传矩阵单元进行初始化；用户通过所述网络接口接入到此种USB光纤交换盒，实时传输矩阵通道透传配置信息；所述MCU控制单元根据所述网络接口实时传输的矩阵通道透传配置信息，对所述多通道透传矩阵单元进行选通配置；当接入设备的光信号传入此种USB光纤交换盒时，由所述接入光模块单元将接收到的光信号转化为高速差分电信号，再经由所述MCU控制单元配置好的所述多通道透传矩阵单元转接至所述目标光模块单元，由所述目标光模块单元将所述高速差分电信号转化为光信号后输出至目标设备。
更为具体地，所述多通道透传矩阵单元包括异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列；所述多通道透传矩阵单元将输入的多路所述高速差分电信号矫正恢复成原信号波形；所述原信号波形经过所述异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列，无修改地选通至对应的输出通道。所述异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列，采用MINDSPEED的多通道切换IC；通过矫正恢复成原信号波形和异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列的选通，可以快速准确地匹配至目标设备。
更为具体地，异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列连接有温度监控及特性配置单元，所述温度监控及特性配置单元用于配置选通的监控和配置接口电路。通过配置选通的监控和配置接口电路，使得输入所述USB光纤交换盒的信号可以准确地匹配或切换至目标光模块单元，再由所述目标光模块单元将所述信号输出至目标设备。
更为具体地，从所述异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列中输出的信号在驱动门的作用下传输至目标光模块单元，所述驱动门用于增加驱动能力。
更为具体地，所述接入光模块单元和目标光模块单元分别用于接入USB从设备和USB主设备，所述接入光模块单元和/或目标光模块单元的数量为2个以上，所述扩展单元根据USB主设备和USB从设备的数量相应的扩展所述光模块单元。
更为具体地，所述高速差分电信号为5G高速差分电信号，所述USB光纤交换盒的传输带宽为USB3.0的5Gbps传输带宽。本发明可以达到USB3.0协议中的5Gbps带宽，可以适应5G时代的发展。
本技术方案通过MCU控制单元对多通道透传矩阵单元的实时配置，以实现对输入所述USB光纤交换盒的信号可以准确地匹配或切换至目标设备，从而实现了USB设备的非接触式调度，使得在多用户协作系统中可以灵活调度USB从设备，并且在保留USB协议链路的完整性同时保留了USB3.0的5Gbps传输带宽的技术效果。
实施例2
本实施例一种USB光纤交换系统，包括如实施例1所述的USB光纤交换盒、USB从设备、设备端光端机、USB主设备和主机端光端机；所述USB从设备连接所述设备端光端机，所述USB主设备连接所述主机端光端机，所述设备端光端机和所述主机端光端机通过光纤连接所述USB光纤交换盒；USB从设备接入到设备端光端机后，所述设备端光端机将USB链路信号由电信号转化为光信号，所述主机端光端机用于恢复出原始USB链路，将光信号转化为电信号并接入到USB主设备，所述USB光纤交换盒用于对传入其中的信号进行选通透传。本技术方案以所述USB光纤交换盒为信号交换中心，通过USB光纤交换盒、USB从设备、设备端光端机、USB主设备和主机端光端机之间的连接，以及MCU控制单元对多通道透传矩阵单元的实时配置，以实现USB从设备可以准确地匹配或切换至USB主设备；实现了USB设备的非接触式调度，以及在多用户协作系统中可以灵活调度USB从设备，并且在保留USB协议链路的完整性同时保留了USB3.0的5Gbps传输带宽的技术效果。
更为具体地，所述USB从设备、设备端光端机、USB主设备和主机端光端机的数量为2个以上；所述接入光模块单元和/或目标光模块单元的数量为2个以上，所述接入光模块单元和目标光模块单元采用SFP接口单元。
更为具体地，所述设备端光端机和所述主机端光端机通过光纤分别连接在所述USB光纤交换盒的接入光模块单元和目标光模块上。所述设备端光端机用于将电信号转化为光信号，所述接入光模块单元将接收到的光信号转化为高速差分电信号，所述目标光模块单元将所述高速差分电信号转化为光信号，所述主机端光端机用于将光信号转化为电信号。
本技术方案实现了USB设备的非接触式调度，使得在多用户协作系统中可以灵活调度USB从设备。并且保留了USB协议链路的完整性同时保留了USB3.0的5Gbps传输带宽，充分发挥USB传输的优势，不占用另外的主机端口。通过光纤传输的方式可延长线缆长度，使得整体系统规模可进一步扩展，线路规划灵活，易于维护。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种USB光纤交换盒，其特征在于，包括控制单元、多通道透传矩阵单元和光模块单元；所述多通道透传矩阵单元连接所述控制单元，所述光模块单元包括接入光模块单元和目标光模块单元；所述控制单元读取运行指令，并对所述多通道透传矩阵单元进行初始化；所述控制单元根据实时传输的矩阵通道透传配置信息，对所述多通道透传矩阵单元进行选通配置；当光信号从接入设备传入所述USB光纤交换盒时，由所述接入光模块单元将接收到的光信号转化为高速差分电信号，再经由配置好的所述多通道透传矩阵单元转接至所述目标光模块单元，由所述目标光模块单元将所述高速差分电信号转化为光信号输出至目标设备。
2.根据权利要求1所述的一种USB光纤交换盒，其特征在于，所述多通道透传矩阵单元包括异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列；所述多通道透传矩阵单元将输入的多路所述高速差分电信号矫正恢复成原信号波形；所述原信号波形经过所述异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列，选通至对应的输出通道。
3.根据权利要求2所述的一种USB光纤交换盒，其特征在于，所述异步无阻塞模拟开关交叉矩阵阵列连接有温度监控及特性配置单元，所述温度监控及特性配置单元用于配置选通的监控和配置接口电路。
4.根据权利要求1所述的一种USB光纤交换盒，其特征在于，所述USB光纤交换盒还包括扩展单元，所述扩展单元连接所述控制单元，所述扩展单元用于扩展所述光模块单元。
5.根据权利要求4所述的一种USB光纤交换盒，其特征在于，所述USB光纤交换盒还包括网络接口单元和存储单元；所述网络接口单元和存储单元均连接所述控制单元，所述控制单元从所述存储单元中读取运行指令，对所述网络接口单元、扩展单元和多通道透传矩阵单元进行初始化；所述网络接口单元实时传输所述矩阵通道透传配置信息至所述控制单元。
6.根据权利要求1所述的一种USB光纤交换盒，其特征在于，所述高速差分电信号为5G高速差分电信号，所述USB光纤交换盒的传输带宽为USB3.0的5Gbps传输带宽。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种USB光纤交换盒，其特征在于，所述接入光模块单元和/或目标光模块单元的数量为2个以上。
8.一种USB光纤交换系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的USB光纤交换盒、接入设备和目标设备；所述接入设备包括USB从设备和设备端光端机，所述目标设备包括USB主设备和主机端光端机；所述USB从设备连接所述设备端光端机，所述USB主设备连接所述主机端光端机，所述设备端光端机和所述主机端光端机通过光纤连接所述USB光纤交换盒；所述设备端光端机用于将电信号转化为光信号，所述主机端光端机用于将光信号转化为电信号，所述USB光纤交换盒用于对传入其中的信号进行选通透传。
9.根据权利要求8所述的一种USB光纤交换系统，其特征在于，所述USB从设备、设备端光端机、USB主设备和主机端光端机的数量为2个以上；所述接入光模块单元和/或目标光模块单元的数量为2个以上。
10.根据权利要求8和9任一项所述的一种USB光纤交换系统，其特征在于，所述设备端光端机和所述主机端光端机通过光纤分别连接在所述USB光纤交换盒的接入光模块单元和目标光模块上。
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