CN114585039B - 一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法和装置。所述方法基于万兆网络数据传输系统来实现，所述万兆网络数据传输系统包括天线、传输信道、P个信号采样设备、光纤网络交换机、N个数据接收与处理设备，每个所述数据接收与处理设备均包含K个万兆网口，在每个所述数据接收与处理设备和所述光纤网络交换机之间均接入对应的K条光纤链路，其中P、N、K均为大于等于2的正整数。

Description

一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法和装置
技术领域
本发明属于通信传输技术领域，尤其涉及一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法和装置。
背景技术
在一般的有线通信系统中，根据系统中的不同设备的不同功能，会将其部署于不同的场所。由于各设备所在的场所相距较远，传统的模拟有线通信系统中，通过模拟电缆信号传输方式会造成较大的能量损耗。因此，在数字有线通信系统中，选用光纤数字万兆网络作为传输媒介，搭建万兆网络数据链路，可以实现大数据量的低时延、无损耗的快速交互。
基于上述背景，在通信系统中的各个设备均通过万兆网络进行数据交互，万兆以太网的网络接口(即光纤数字通信的设备侧接口，以下简称“万兆网口”)则成为设备的关键接口。若万兆网口发生故障导致数据传输失败，则必然对系统稳定运行带来影响。万兆网络作为整个系统最基础、也是最关键的组成部分，系统的各业务功能均是由负载在万兆网络上的各类设备协同工作所完成。若各类设备以及各类设备的万兆网口的可靠性不能得到保证，那么整个系统的可靠性就无法保证。所以在系统数据业务网络设计和自行研制的设备用的万兆网口设计时，必须考虑到万兆网口的冗余备份和快速切换功能。
将该通信系统的无线、有线部分进行逻辑化简，可以简述为：天线、传输信道、信号采样设备、万兆网络交换机、数据接收与数字信号处理设备等组件，系统框图如图1所示。从天线接收到的电磁波通过有线模拟信道传输到模拟信号数字化采样设备，模拟信号数字化采样设备对信号进行采样处理后转换为光纤数字信号，通过万兆网络交换机传输到不同的数据接收与数字信号处理设备，以进行不同业务功能的处理。在整个数据传输过程中，若链路中某设备的万兆网口或者万兆网所搭载的光纤网发生故障，系统业务将会受到极大的影响，甚至造成业务中断。
发明内容
为了解决上述针对工程应用中面临的实际技术问题，本发明提出了一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法和装置。
本发明第一方面公开了一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法。所述方法基于万兆网络数据传输系统来实现，所述万兆网络数据传输系统包括天线、传输信道、P个信号采样设备、光纤网络交换机、N个数据接收与处理设备，每个所述数据接收与处理设备均包含K个万兆网口，在每个所述数据接收与处理设备和所述光纤网络交换机之间均接入对应的K条光纤链路，其中P、N、K均为大于等于2的正整数；所述方法包括：
步骤S1、所述天线在接收到电磁波信号后，经由所述传输信道将所述电磁波信号传输到所述P个信号采样设备；
步骤S2、从所述P个信号采样设备中选取处于正常工作状态的一个信号采样设备对接收到的所述电磁波信号进行模数转换以得到光纤数字信号，并将所述光纤数字信号发送至所述光纤网络交换机；
步骤S3、所述光纤网络交换机将所述光纤数字信号分别发送至所述N个数据接收与处理设备，具体包括：
对于所述N个数据接收与处理设备中的每一个，从所述K个万兆网口中选取处于正常工作状态的一个万兆网口，经由选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号。
根据本发明第一方面的方法，在所述步骤S3中，从所述K个万兆网口中选取所述处于正常工作状态的一个万兆网口具体包括：检测所述K个万兆网口中的第一个万兆网口在第一阈值的时长内是否有连续的数据输入，若是，则判定当前万兆网口处于正常工作状态，否则为故障状态，并继续检测所述K个万兆网口中的下一个万兆网口，直到从所述K个万兆网口中选取出所述处于正常工作状态的一个万兆网口。
根据本发明第一方面的方法，在所述步骤S3中，经由所述选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号，所述数据接收与处理设备在接收到所述光纤数字信号后，从中提取出数据包中的虚拟局域网编号，判断所述虚拟局域网编号是否为预设的虚拟局域网编号，若是，则所述数据接收与处理设备进入正常工作状态，否则判定所述选取的处于正常工作状态的万兆网口的业务中断。
根据本发明第一方面的方法，在所述数据接收与处理设备处于正常工作状态时，从所述K个万兆网口中选取一个处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流作为主用数据，其他处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流为备用数据，所述数据接收与处理设备检测所述主用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，并同步检测其他所述备用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性。
根据本发明第一方面的方法，若检测到所述主用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性处于故障状态时，标记并上报所述故障状态；同时基于其他所述备用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，确定能够执行切换的至少一个备用万兆网口，并基于优先级切换到对应的备用万兆网口。
根据本发明第一方面的方法，利用如下方式判断局域网数据流的状态稳定性和连续性是否正常：
根据所述万兆网口的数据速率的约定值M和检测间隔时间△t来计算所述检测间隔时间内的数据包计数值；
当所述万兆网口的数据包统计值等于所述数据包计数值时，判定所述局域网数据流的状态稳定性和连续性正常，否则为故障状态。
本发明第二方面公开了一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换装置。所述装置基于万兆网络数据传输系统来实现，所述万兆网络数据传输系统包括天线、传输信道、P个信号采样设备、光纤网络交换机、N个数据接收与处理设备，每个所述数据接收与处理设备均包含K个万兆网口，在每个所述数据接收与处理设备和所述光纤网络交换机之间均接入对应的K条光纤链路，其中P、N、K均为大于等于2的正整数；所述装置包括：
第一处理单元，被配置为，在所述天线接收到电磁波信号后，经由所述传输信道将所述电磁波信号传输到所述P个信号采样设备；
第二处理单元，被配置为，从所述P个信号采样设备中选取处于正常工作状态的一个信号采样设备对接收到的所述电磁波信号进行模数转换以得到光纤数字信号，并将所述光纤数字信号发送至所述光纤网络交换机；
第三处理单元，被配置为，调用所述光纤网络交换机将所述光纤数字信号分别发送至所述N个数据接收与处理设备，具体包括：
对于所述N个数据接收与处理设备中的每一个，从所述K个万兆网口中选取处于正常工作状态的一个万兆网口，经由选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号。
根据本发明第二方面的系统，第三处理单元具体被配置为：
从所述K个万兆网口中选取所述处于正常工作状态的一个万兆网口具体包括：检测所述K个万兆网口中的第一个万兆网口在第一阈值的时长内是否有连续的数据输入，若是，则判定当前万兆网口处于正常工作状态，否则为故障状态，并继续检测所述K个万兆网口中的下一个万兆网口，直到从所述K个万兆网口中选取出所述处于正常工作状态的一个万兆网口；
经由所述选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号，所述数据接收与处理设备在接收到所述光纤数字信号后，从中提取出数据包中的虚拟局域网编号，判断所述虚拟局域网编号是否为预设的虚拟局域网编号，若是，则所述数据接收与处理设备进入正常工作状态，否则判定所述选取的处于正常工作状态的万兆网口的业务中断；
在所述数据接收与处理设备处于正常工作状态时，从所述K个万兆网口中选取一个处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流作为主用数据，其他处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流为备用数据，所述数据接收与处理设备检测所述主用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，并同步检测其他所述备用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性；
若检测到所述主用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性处于故障状态时，标记并上报所述故障状态；同时基于其他所述备用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，确定能够执行切换的至少一个备用万兆网口，并基于优先级切换到对应的备用万兆网口；
利用如下方式判断局域网数据流的状态稳定性和连续性是否正常：
根据所述万兆网口的数据速率的约定值M和检测间隔时间△t来计算所述检测间隔时间内的数据包计数值；
当所述万兆网口的数据包统计值等于所述数据包计数值时，判定所述局域网数据流的状态稳定性和连续性正常，否则为故障状态。
本发明第三方面公开了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明第一方面所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法中的步骤。
本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本发明第一方面所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法中的步骤。
综上，本发明的技术方案对系统框架及其设计实施方案进行改进，通过增加信号采样设备数量以及设备的万兆网口数量，配合智能故障定位及快速切换方法，可以在保证不影响系统中各设备原有功能的情况下，实现链路的故障定位自动切换处理，提高系统可靠性，保证系统的连续稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明比较例的网络传输系统的示意图；
图2为根据本发明实施例的万兆网络数据传输系统的示意图；
图3为根据本发明实施例的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法的流程图；
图4为根据本发明实施例的时序示意图；
图5为根据本发明第一实施例的硬件实现方式示意图；
图6为根据本发明第二实施例的故障定位和切换状态跳转的实现方式的示意图；
图7为根据本发明第三实施例的可编程数字集成电路的仿真验证平台示意图；
图8为根据本发明实施例的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换装置的结构图；
图9为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面公开了一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法。所述方法基于万兆网络数据传输系统来实现，图2为根据本发明实施例的万兆网络数据传输系统的示意图；如图2所示，所述万兆网络数据传输系统包括天线、传输信道、P个信号采样设备、光纤网络交换机、N个数据接收与处理设备，每个所述数据接收与处理设备均包含K个万兆网口，在每个所述数据接收与处理设备和所述光纤网络交换机之间均接入对应的K条光纤链路，其中P、N、K均为大于等于2的正整数。
图3为根据本发明实施例的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法的流程图；如图3所示，所述方法包括：
步骤S1、所述天线在接收到电磁波信号后，经由所述传输信道将所述电磁波信号传输到所述P个信号采样设备；
步骤S2、从所述P个信号采样设备中选取处于正常工作状态的一个信号采样设备对接收到的所述电磁波信号进行模数转换以得到光纤数字信号，并将所述光纤数字信号发送至所述光纤网络交换机；
步骤S3、所述光纤网络交换机将所述光纤数字信号分别发送至所述N个数据接收与处理设备，具体包括：
对于所述N个数据接收与处理设备中的每一个，从所述K个万兆网口中选取处于正常工作状态的一个万兆网口，经由选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号。
在一些实施例中，在所述步骤S3中，从所述K个万兆网口中选取所述处于正常工作状态的一个万兆网口具体包括：检测所述K个万兆网口中的第一个万兆网口在第一阈值的时长内是否有连续的数据输入，若是，则判定当前万兆网口处于正常工作状态，否则为故障状态，并继续检测所述K个万兆网口中的下一个万兆网口，直到从所述K个万兆网口中选取出所述处于正常工作状态的一个万兆网口。
在一些实施例中，在所述步骤S3中，经由所述选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号，所述数据接收与处理设备在接收到所述光纤数字信号后，从中提取出数据包中的虚拟局域网编号，判断所述虚拟局域网编号是否为预设的虚拟局域网编号，若是，则所述数据接收与处理设备进入正常工作状态，否则判定所述选取的处于正常工作状态的万兆网口的业务中断。
在一些实施例中，在所述数据接收与处理设备处于正常工作状态时，从所述K个万兆网口中选取一个处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流作为主用数据，其他处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流为备用数据，所述数据接收与处理设备检测所述主用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，并同步检测其他所述备用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性。
在一些实施例中，若检测到所述主用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性处于故障状态时，标记并上报所述故障状态；同时基于其他所述备用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，确定能够执行切换的至少一个备用万兆网口，并基于优先级切换到对应的备用万兆网口。
在一些实施例中，利用如下方式判断局域网数据流的状态稳定性和连续性是否正常：
根据所述万兆网口的数据速率的约定值M和检测间隔时间△t来计算所述检测间隔时间内的数据包计数值；
当所述万兆网口的数据包统计值等于所述数据包计数值时，判定所述局域网数据流的状态稳定性和连续性正常，否则为故障状态。
图4为根据本发明实施例的时序示意图；如图4所示，数据接收与数字信号处理设备的两个或多个万兆网口插入万兆网络的光纤后，设备开始运行，可编程数字集成电路加载程序。
第一实施例
第一步，数据接收与数字信号处理设备通过程序对两个或多个万兆网口输入数据包连续性进行判断：若检测到某万兆网口在一段时间内没有稳定且连续的数据输入，则判定该万兆网口故障，标记并上报状态，进行万兆网口的切换。反之，则判定第一步检测正常，进入下一步判断；若万兆网口正常，程序进入第二步。
第二步，数据接收与数字信号处理设备通过程序对输入数据包中的VLAN(VirtualLocal Area Network虚拟局域网)编号进行判定：若没有检测到符合预期的VLAN编号，则判定该万兆网口VLAN业务数据中断并上报状态。若检测到符合预期的VLAN编号，则判定第二步检测正常，运行初始化的万兆网口状态检测流程通过，程序进入正常工作状态，进行第三步。
第三步，数据接收与数字信号处理设备通过程序进入正常工作状态，并实时监控各万兆网络端口的网络状态，同时监控万兆网络里的VLAN业务数据流状态，并选定一路工作状态正常万兆网口及VLAN数据流作为当前系统工作所主用数据。同时，检测程序仍会伴随主程序进行：持续不断的检测当前选为主用的万兆网口状态、选为主用的万兆网内的VLAN业务数据流的状态稳定性、连续性，同步检测其它的备用的万兆网口状态、备用万兆网内的VLAN业务数据流的状态：若检测到主用万兆网内的VLAN业务数据流不正常，会将故障状态标记并上报，同时判断其余备用万兆网VLAN业务数据流是否可执行切换——若符合要求，立即按照既定的优先顺序切换到其余备用万兆网VLAN业务数据流；若不符合要求，继续搜索一下个候选的备用万兆网VLAN业务数据流。该过程完全依托设备和设备中的可编程数字集成电路所加载的程序自动进行切换操作，切换时间极短，使用正确数据接替工作。
对万兆网内的VLAN业务数据流是否正常的判断标准是：根据万兆网口数据的速率的约定值(记为M，单位：包/秒)和定义好的检测间隔时间(记为△t，单位：包/秒)，可计算得到检测时间段内的数据包计数值。当万兆网络数据解调模块解析出该VLAN编号下的数据流时，若系统万兆网口数据为M包/秒，每间隔△t时间对输入的数据包进行计数统计(记为p，单位：包)，则计数值p满足p＝M*△t时达标，否则为不达标。
举例说明：以系统万兆网口该VLAN编号为1，数据流的数据率M＝100000(包/秒)、间隔时间△t＝1*10-3(秒)进行统计的场景为例，计数值p应达到p＝100(包)时，判断为达标。即：100000(包/秒)*0.001(秒)，说明输入信号正常。反之，说明万兆网口输入数据异常，应进行切换处理。
协处理器会从可编程数字集成电路读取状态参数并上报系统监控软件，并按照设定预案自动处理。同时，为了确保系统的最高控制权在控制人员手中，系统操作人员拥有最高优先级，可随时介入流程并确认状态，人工终止智能诊断及切换控制操作。系统转入人工控制模式，系统转入人工控制模式的系统在人工判定后，根据人为判断结果，由操作员进行人工切换。
在一些实施例中，本发明的技术方案在硬件的实现方式是：以设备内部的可编程数字集成电路辅助以协处理器的架构，实现万兆网络数据传输链路上的智能故障定位和快速切换功能。硬件实现方案中的可编程数字集成电路的功能是：使用其内部的硬件逻辑自动完成万兆网口信号的异常检测和状态判断，智能的实现故障定位。硬件实现方案中协处理器的功能是：通过预先编写好的软件以及可编程数字集成电路检测上报的状态进行判决，完成智能切换操作及状态上报、存储等功能。设备内部的设计框架如图5所示，硬件实现方案中的可编程数字集成电路和协处理器之间通过自建存储器接口进行交互，通过寄存器的方式实现指令下发和状态回传。
第二实施例
根据本发明第一方面的故障定位和切换状态跳转的实现方式(图6)如下：
(1)设备启动运行，设备中的可编程数字集成电路加载程序、协处理器加载控制程序，执行步骤(2)。
(2)在△t内检测两个或多个万兆网口输入的数据包，若主用的万兆网口输入数据包计数值达标，执行步骤(3)；若主用的万兆网口输入数据包计数值不达标，但备用的万兆网口输入数据包计数值达标，执行步骤(4)；若主备两个或主用及多个备用的万兆网口输入数据包计数值均不达标，执行步骤(9)。
(3)假设在主用和备用的万兆网口中均存在一个主、一个备的两个VLAN编号的数据包，那么首先在△t内检测主用的万兆网口的主、备VLAN编号数据包，若主VLAN数据包计数值达标，执行步骤(5)；若主VLAN数据包计数值不达标，但是备VLAN数据包计数值达标，执行步骤(6)；若主、备VLAN数据包计数值均不达标，则执行步骤(10)。
(4)在△t内检测备用的万兆网口的主、备VLAN编号数据包，若主VLAN数据包计数值达标，执行步骤(7)；若主VLAN数据包计数值不达标，但是备VLAN数据包计数值达标，执行步骤(8)；若主、备VLAN数据包计数值均不达标，则执行步骤(11)。
(5)可编程数字集成电路上报主用的万兆网口的主VLAN状态正常，协处理器将当前业务使用数据来源切换为主用的万兆网口的主VLAN。同时，在正常工作流程中，实时检测数据包计数值是否达标。若不达标，则向协处理器上报主用的万兆网口的主VLAN故障，并执行步骤(2)。
(6)可编程数字集成电路上报主用的万兆网口的备VLAN状态正常，协处理器将当前业务使用数据来源切换为主用的万兆网口的备VLAN。同时，在正常工作流程中，实时检测数据包计数值是否达标。若不达标，则向协处理器上报主用的万兆网口的备VLAN故障，并执行步骤(2)。
(7)可编程数字集成电路上报备用的万兆网口的主VLAN状态正常，协处理器将当前业务使用数据来源切换为备用的万兆网口的主VLAN。同时，在正常工作流程中，实时检测数据包计数值是否达标。若不达标，则向协处理器上报备用的万兆网口的主VLAN故障，并执行步骤(2)。
(8)可编程数字集成电路上报备用的万兆网口的备VLAN状态正常，协处理器将当前业务使用数据来源切换为备用的万兆网口的备VLAN。同时，在正常工作流程中，实时检测数据包计数值是否达标。若不达标，则向协处理器上报备用的万兆网口的备VLAN故障，并执行步骤(2)。
(9)可编程数字集成电路向协处理器上报两个或多个万兆网口同时故障，协处理器控制当前业务暂不运行，并执行步骤(2)。
(10)可编程数字集成电路向协处理器上报主用的万兆网口的主、备VLAN故障，并执行步骤(4)。
(11)可编程数字集成电路向协处理器上报备用的万兆网口的主、备VLAN故障，协处理器控制当前业务暂不运行，并执行步骤(2)。
第三实施例
基于高性能的仿真工作站或高性能计算机，使用可编程数字集成电路的功能仿真软件进行功能仿真验证。可编程数字集成电路的仿真验证平台示意图如图7所示。测试方法为：
(a)在高性能的仿真工作站或高性能计算机中通过可编程数字集成电路的功能仿真软件，生成一段模拟万兆网络数据报文包的数据，用于仿真模拟系统中设备接收到的万兆网口数据。
(b)通过可编程数字集成电路的功能仿真软件，将模拟的数据输入待测试可编程数字集成电路的智能故障定位及快速切换功能所对应的数字逻辑模块。
(c)通过可编程数字集成电路的功能仿真软件，查看智能故障定位及快速切换功能所对应的数字逻辑模块的输出检测结果及模块内部运行过程，确认数字逻辑模块是否正确识别万兆网口故障和是否实现切换操作的效果。
以两个万兆网口互为主用、备用万兆网口的模式为例，并以系统万兆网口该VLAN编号为1，数据流的数据率M＝100000(包/秒)、间隔时间△t＝1*10-3(秒)进行统计的场景为例进行仿真验证。仿真预期的正确结果为：计数值p应达到p＝100(包)。
仿真数据为模拟生成的主、备用万兆网口的数字逻辑数据，首先万兆网口的主、备VLAN数据均正常运行1*10-2秒，然后主用的万兆网口数据停止生成，5*10-2秒后备用的万兆网口主VLAN数据停止生成，使用该数据作为验证万兆网口故障定位和切换的模拟场景(之一)。
通过仿真可以看到：
(1)当仿真开始后2*10-3秒，由于主用和备用万兆网口的主、备VLAN状态均正常，没有上报故障状态，且使用数据为主用的万兆网口的主VLAN数据；
(2)1*10-2秒后主用的万兆网口故障，可以看到可编程数字集成电路的相应模块识别到该故障并上报。通过重新检测后，使用数据切换为备用的万兆网口的主VLAN数据；
(3)5*10-2秒后备用的万兆网口主VLAN故障。同样，可以看到可编程数字集成电路的相应模块智能识别故障并定位故障，上报给协处理器，协处理器根据预先编制的预案，使用数据切换为备用的万兆网口的备VLAN数据，并重新实时检测各主用、备用网络及其中的主、备VLAN状态。
以上结果验证了该万兆网络数据传输链路智能故障定位及快速切换方法的可行性，并且说明了只要将按照本方法设计的装置安装于系统设备上，就能够实现链路故障定位和切换。采用本方法及其所部署的装置或设备，在设备发生故障异常的情况下，仍能保证系统业务的稳定连续运行。
本发明第二方面公开了一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换装置。所述装置基于万兆网络数据传输系统来实现，所述万兆网络数据传输系统包括天线、传输信道、P个信号采样设备、光纤网络交换机、N个数据接收与处理设备，每个所述数据接收与处理设备均包含K个万兆网口，在每个所述数据接收与处理设备和所述光纤网络交换机之间均接入对应的K条光纤链路，其中P、N、K均为大于等于2的正整数。
图8为根据本发明实施例的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换装置的结构图；如图8所示，所述装置800包括：
第一处理单元801，被配置为，在所述天线接收到电磁波信号后，经由所述传输信道将所述电磁波信号传输到所述P个信号采样设备；
第二处理单元802，被配置为，从所述P个信号采样设备中选取处于正常工作状态的一个信号采样设备对接收到的所述电磁波信号进行模数转换以得到光纤数字信号，并将所述光纤数字信号发送至所述光纤网络交换机；
第三处理单元803，被配置为，调用所述光纤网络交换机将所述光纤数字信号分别发送至所述N个数据接收与处理设备，具体包括：
对于所述N个数据接收与处理设备中的每一个，从所述K个万兆网口中选取处于正常工作状态的一个万兆网口，经由选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号。
根据本发明第二方面的系统，第三处理单元803具体被配置为：
从所述K个万兆网口中选取所述处于正常工作状态的一个万兆网口具体包括：检测所述K个万兆网口中的第一个万兆网口在第一阈值的时长内是否有连续的数据输入，若是，则判定当前万兆网口处于正常工作状态，否则为故障状态，并继续检测所述K个万兆网口中的下一个万兆网口，直到从所述K个万兆网口中选取出所述处于正常工作状态的一个万兆网口；
经由所述选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号，所述数据接收与处理设备在接收到所述光纤数字信号后，从中提取出数据包中的虚拟局域网编号，判断所述虚拟局域网编号是否为预设的虚拟局域网编号，若是，则所述数据接收与处理设备进入正常工作状态，否则判定所述选取的处于正常工作状态的万兆网口的业务中断；
在所述数据接收与处理设备处于正常工作状态时，从所述K个万兆网口中选取一个处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流作为主用数据，其他处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流为备用数据，所述数据接收与处理设备检测所述主用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，并同步检测其他所述备用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性；
若检测到所述主用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性处于故障状态时，标记并上报所述故障状态；同时基于其他所述备用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，确定能够执行切换的至少一个备用万兆网口，并基于优先级切换到对应的备用万兆网口；
利用如下方式判断局域网数据流的状态稳定性和连续性是否正常：
根据所述万兆网口的数据速率的约定值M和检测间隔时间△t来计算所述检测间隔时间内的数据包计数值；
当所述万兆网口的数据包统计值等于所述数据包计数值时，判定所述局域网数据流的状态稳定性和连续性正常，否则为故障状态。
本发明第三方面公开了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明第一方面所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法中的步骤。
图9为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图；如图9所示，电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信(NFC)或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本发明第一方面所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法中的步骤。
综上，本发明的技术方案通过增加模拟信号数字化采样设备的数量，在接收到同一天线及前端模拟信号数字化采样设备所采集转换得到的数字信号后，进行数据格式转换并通过电光转换后，通过数字光纤传输至万兆网络交换机；通过增加数据接收与数字信号处理设备的输入万兆口数量，使得同时具有更多的光纤并行接入，保证在链路中的单个万兆网口或者万兆网络的光纤发生故障时，接收端设备中的智能故障定位及切换相关功能模块可以检测出故障，并做出切换操作。最终保证单个万兆网口或者万兆网络的光纤链路故障不会对整个系统业务带来影响。
本方案可以在保证不影响系统中各设备原有功能的情况下，仅通过增加设备输入万兆网络光纤接入数量，并在设备中的可编程数字集成电路中增加相应的硬件可编程逻辑功能，实现链路的故障定位并自动进行切换处理，保证系统的连续稳定运行。
同时，本方案通过可编程数字集成电路与协处理器配合，实现设备对万兆网络数据传输中的故障进行智能检测和快速切换，消除因为单台设备或者单万兆网口故障可能导致整个系统停止工作的隐患，使设备和系统具备快速检测、智能定位、快速切换等优点。本发明通过上述硬件实现方案配合设计流程架构的创新最终保证整体系统业务的连续稳定运行，提高了系统的可靠性。
请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法，其特征在于，所述方法基于万兆网络数据传输系统来实现，所述万兆网络数据传输系统包括天线、传输信道、P个信号采样设备、光纤网络交换机、N个数据接收与处理设备，每个所述数据接收与处理设备均包含K个万兆网口，在每个所述数据接收与处理设备和所述光纤网络交换机之间均接入对应的K条光纤链路，其中P、N、K均为大于等于2的正整数；所述方法包括：
步骤S1、所述天线在接收到电磁波信号后，经由所述传输信道将所述电磁波信号传输到所述P个信号采样设备；
步骤S2、从所述P个信号采样设备中选取处于正常工作状态的一个信号采样设备对接收到的所述电磁波信号进行模数转换以得到光纤数字信号，并将所述光纤数字信号发送至所述光纤网络交换机；
步骤S3、所述光纤网络交换机将所述光纤数字信号分别发送至所述N个数据接收与处理设备，具体包括：
对于所述N个数据接收与处理设备中的每一个，从所述K个万兆网口中选取处于正常工作状态的一个万兆网口，经由选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法，其特征在于，在所述步骤S3中，从所述K个万兆网口中选取所述处于正常工作状态的一个万兆网口具体包括：检测所述K个万兆网口中的第一个万兆网口在第一阈值的时长内是否有连续的数据输入，若是，则判定当前万兆网口处于正常工作状态，否则为故障状态，并继续检测所述K个万兆网口中的下一个万兆网口，直到从所述K个万兆网口中选取出所述处于正常工作状态的一个万兆网口。
3.根据权利要求2所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法，其特征在于，在所述步骤S3中，经由所述选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号，所述数据接收与处理设备在接收到所述光纤数字信号后，从中提取出数据包中的虚拟局域网编号，判断所述虚拟局域网编号是否为预设的虚拟局域网编号，若是，则所述数据接收与处理设备进入正常工作状态，否则判定所述选取的处于正常工作状态的万兆网口的业务中断。
4.根据权利要求3所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法，其特征在于，在所述数据接收与处理设备处于正常工作状态时，从所述K个万兆网口中选取一个处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流作为主用数据，其他处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流为备用数据，所述数据接收与处理设备检测所述主用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，并同步检测其他所述备用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性。
5.根据权利要求4所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法，其特征在于，若检测到所述主用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性处于故障状态时，标记并上报所述故障状态；同时基于其他所述备用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，确定能够执行切换的至少一个备用万兆网口，并基于优先级切换到对应的备用万兆网口。
6.根据权利要求5所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法，其特征在于，利用如下方式判断局域网数据流的状态稳定性和连续性是否正常：
根据所述万兆网口的数据速率的约定值M和检测间隔时间△t来计算所述检测间隔时间内的数据包计数值；
当所述万兆网口的数据包统计值等于所述数据包计数值时，判定所述局域网数据流的状态稳定性和连续性正常，否则为故障状态。
7.一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换装置，其特征在于，所述装置基于万兆网络数据传输系统来实现，所述万兆网络数据传输系统包括天线、传输信道、P个信号采样设备、光纤网络交换机、N个数据接收与处理设备，每个所述数据接收与处理设备均包含K个万兆网口，在每个所述数据接收与处理设备和所述光纤网络交换机之间均接入对应的K条光纤链路，其中P、N、K均为大于等于2的正整数；所述装置包括：
第一处理单元，被配置为，在所述天线接收到电磁波信号后，经由所述传输信道将所述电磁波信号传输到所述P个信号采样设备；
第二处理单元，被配置为，从所述P个信号采样设备中选取处于正常工作状态的一个信号采样设备对接收到的所述电磁波信号进行模数转换以得到光纤数字信号，并将所述光纤数字信号发送至所述光纤网络交换机；
第三处理单元，被配置为，调用所述光纤网络交换机将所述光纤数字信号分别发送至所述N个数据接收与处理设备，具体包括：
对于所述N个数据接收与处理设备中的每一个，从所述K个万兆网口中选取处于正常工作状态的一个万兆网口，经由选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号。
8.根据权利要求7所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换装置，其特征在于，第三处理单元具体被配置为：
从所述K个万兆网口中选取所述处于正常工作状态的一个万兆网口具体包括：检测所述K个万兆网口中的第一个万兆网口在第一阈值的时长内是否有连续的数据输入，若是，则判定当前万兆网口处于正常工作状态，否则为故障状态，并继续检测所述K个万兆网口中的下一个万兆网口，直到从所述K个万兆网口中选取出所述处于正常工作状态的一个万兆网口；
经由所述选取的处于正常工作状态的万兆网口与所述光纤网络交换机之间的光纤链路发送所述光纤数字信号，所述数据接收与处理设备在接收到所述光纤数字信号后，从中提取出数据包中的虚拟局域网编号，判断所述虚拟局域网编号是否为预设的虚拟局域网编号，若是，则所述数据接收与处理设备进入正常工作状态，否则判定所述选取的处于正常工作状态的万兆网口的业务中断；
在所述数据接收与处理设备处于正常工作状态时，从所述K个万兆网口中选取一个处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流作为主用数据，其他处于正常工作状态的万兆网口和对应的虚拟局域网数据流为备用数据，所述数据接收与处理设备检测所述主用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，并同步检测其他所述备用数据的万兆网口状态、虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性；
若检测到所述主用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性处于故障状态时，标记并上报所述故障状态；同时基于其他所述备用数据的虚拟局域网数据流的状态稳定性和连续性，确定能够执行切换的至少一个备用万兆网口，并基于优先级切换到对应的备用万兆网口；
利用如下方式判断局域网数据流的状态稳定性和连续性是否正常：
根据所述万兆网口的数据速率的约定值M和检测间隔时间△t来计算所述检测间隔时间内的数据包计数值；
当所述万兆网口的数据包统计值等于所述数据包计数值时，判定所述局域网数据流的状态稳定性和连续性正常，否则为故障状态。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现权利要求1至6中任一项所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，权利要求1至6中任一项所述的一种故障状态下的万兆网络数据传输链路切换方法中的步骤。
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