CN116545507A - 一种网络交换机交互的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，提出了一种网络交换机交互的方法，包括交换结构和交换系统，所述交换系统由软件执行交换系统、矩阵交换系统、总线交换系统和共享存储交换系统组成，所述交换结构由主用交换机A、备用交换机B和网络切换器组成；本发明能够当卫星地面站主用交换机出现故障时，可以远程操作快速实现卫星地面站各测控设备及数传设备在主、备交换机之间的网络接人及切换，缩短故障应急处置时间，降低应急处置风险，提高卫星地面站系统的可用度，能够有效地保障卫星地面站执行卫星测控和数据中继任务的能力，且主备端口切换为并行操作后，切换时间大大降低，工作效率大幅度提高，且屏蔽了新上岗人员和熟练岗人员操作不同带来的时间差异性。

Description

一种网络交换机交互的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体的，涉及一种网络交换机交互的方法。

背景技术

随着测控通信技术和计算机网络技术的发展，卫星地面站都不同程度地使用千兆网核心交换机建立系统监控及业务数据网络传输，实现了测控终端设备的无人值守和远程监控，设备控制的可靠性与稳定性大大提高。但是，当主用交换机出现故障时，即使备用交换机是堆叠放置且处于热备份，交换机网络端口的物理通路仍需人工进行插拔完成切换操作，当交换机网络端口数量较多时，人工切换操作时间较长，时效性不高，在任务用时占用比例较大，制约了卫星地面站系统的应用效率。

网络交换机是一种扩展网络的设备，可以在子网中提供更多的连接端口。其可以连接网络内的设备，并向或者从这些设备转发数据包。交换机除了能够连接同类型的网络外，还可以起到不同类型网络(如以太网和快速以太网)之间的互联作用。现在很多交换机都可以提供支持快速以太网或者FDDI等的高速连接端口，用来连接网络中的其他交换机或者为占用大量带宽的关键服务器提供额外带宽。一般来说，每个交换机端口都用来连接到一个独立的网段，但有时为了提供更快的访问速度，可能会将一些重要的网络计算机直接连接到交换机端口。通过这种方式，网络的关键服务器和主要用户可以获得更快的访问速度，并支持更大的信息流。

例如，现有专利(公告号：CN 104348755 B)公开了一种网络交换机交互的方法、网络交换机及网络系统，当第一网络交换机服务的第一服务器需要访问第二网络交换机服务的第二服务器时，所述第一网络交换机为所述第一服务器配置代理功能，所述第一网络交换机获取所述第二网络交换机的名字服务器NameServer信息；所述第一网络交换机将所述第二网络交换机的NameServer信息和所述第一网络交换机所在S AN的网络交换机的Na meServer信息合并，并将合并后的NameServer信息发送给所述第一服务器，从而实现所述第一服务器能同时访问同一个SAN所在的网络交换机服务的服务器或者不同SAN所在的网络交换机服务的服务器。

然而在实施相关技术中发现上述存在以下问题：上述技术方案虽然核心交换机是主、备机配置并采用堆叠技术实现的，但是单台终端设备的业务数据网只有1个网口，备用交换机没有与卫星地面站终端设备直接连接。如果在数据中继任务中，主用交换机发生故障，需将与之相连的卫星地面站设备逐一手动接入备份交换机，这种人工插拔线路的切换方式依赖于操作员的熟练程度，有误操作风险，处置时间长，一般都在2min以上，一旦发生故障，势必造成较长时间的数据传输中断，影响了数据中继传输的既定任务。

发明内容

本发明提出一种网络交换机交互的方法，旨在解决当卫星地面站主用交换机出现故障时，可以远程操作快速实现卫星地面站各测控设备及数传设备在主、备交换机之间的网络接入及切换，缩短故障应急处置时间，降低应急处置风险，提高卫星地面站系统的可用度的问题。

本发明的技术方案如下：一种网络交换机交互的方法，包括交换结构和交换系统，所述交换系统由软件执行交换系统、矩阵交换系统、总线交换系统和共享存储交换系统组成，所述交换结构由主用交换机A、备用交换机B和网络切换器组成；所述软件执行交换系统用于当交换机接收到数据帧后，先将其由串行代码转化为并行代码，暂时储存在交换机的快速缓存RAM中，交换机的CPU开始根据数据帧中的目的MAC地址进行查询交换表，确定了目的端口后，交换机在源端口与目的端口之间建立起虚连接，然后将以并行代码形式存储在RAM中的数据帧转化为串行代码，发送到目的端口；所述矩阵交换系统用于交换机确定了目的端口后，根据源端口与目的端口打开交换矩阵中相应的开关，在两个端口之间建立连接，通过建立的这个传输通道来完成数据帧的传输；所述总线交换系统包括一条很高带宽的背部总线，交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，总线按时隙分为多条逻辑通道，各个端口都可以往该总线上发送数据帧，这些数据帧都按时隙在总线上传输，并从各自的目的端口中输出数据帧；所述共享存储交换系统包括共享存储器，所述共享存储器用于将共享存储RAM代替了总线交换系统中的总线，数据帧通过共享存储器实现从源端口直接传送到目的端口。

进一步的，所述网络切换器由主控盒、扩展盒、远程加去电电源箱以及远程操作终端组成，每个主控盒能够实现多路以上的千兆以太网口的切换，网络切换器管理控制功能在主控盒内，扩展盒只提供切换功能，每个主控盒可连接多个扩展盒。

进一步的，所述主控盒由ARM处理器模块和单片机继电器网络切换模块组成，所述扩展盒由单片机继电器网络切换模块通过串口与主控盒连接。

进一步的，所述ARM理器模块用于转发监控软件和主控盒以及扩展盒之间的各种配置命令和状态信息。

进一步的，所述单片机继电器网络切换模块由单片机和高频继电器组成，所述单片机用于控制继电器打开或闭合，且与主控盒ARM模块通过串口通信，接收ARM板切换指令，并返回切换器的工作状态，对控制板的按键操作和LED指示灯显示进行处理，所述继电器处理模块用于完成以太网口线路A状态输出及B状态输出的切换，并分别对应主用、备用以太网交换机。

进一步的，所述单片机继电器网络切换模块用于连接所有的卫星地面站设备网口，即卫星地面站终端设备网口和交换机主机网口、交换机备机网口等。

进一步的，所述远程加去电电源箱采用远程加去电插排配置的智能电源管理器，通过控制中心的远程操作终端上安装的智能电源管理软件对远程开关控制进行统一管理。

进一步的，所述交换机A、备用交换机B之间设置为堆叠热备工作，所述网络切换器通过标准以太网口与远程操作终端计算机进行交互操作，且用于卫星地面站设备与交换机之间。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明中；当卫星地面站主用交换机出现故障时，可以远程操作快速实现卫星地面站各测控设备及数传设备在主、备交换机之间的网络接人及切换，缩短故障应急处置时间，降低应急处置风险，提高卫星地面站系统的可用度，能够有效地保障卫星地面站执行卫星测控和数据中继任务的能力。

2、本发明中；在卫星地面站终端设备与交换机间增加网络切换器装置后，主备端口切换为并行操作，切换时间大大降低，工作效率大幅度提高，且屏蔽了新上岗人员和熟练岗人员操作不同带来的时间差异性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提出的网络切换器的连接示意图；

图2为本发明提出的网络切换器工作原理示意图；

图3为本发明提出的网络切换器组成设备连接关系示意图；

图4为本发明提出的网络切换器主控盒及扩展盒原理示意图；

图5为本发明提出的某次实测的人工切换时间统计表1；

图6为本发明提出的网络切换器装置切换的时间统计表2；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种网络交换机交互的方法，包括交换结构和交换系统，所述交换系统由软件执行交换系统、矩阵交换系统、总线交换系统和共享存储交换系统组成，所述交换结构由主用交换机A、备用交换机B和网络切换器组成；所述软件执行交换系统用于当交换机接收到数据帧后，先将其由串行代码转化为并行代码，暂时储存在交换机的快速缓存RAM中，交换机的CPU开始根据数据帧中的目的MAC地址进行查询交换表，确定了目的端口后，交换机在源端口与目的端口之间建立起虚连接，然后将以并行代码形式存储在RAM中的数据帧转化为串行代码，发送到目的端口；所述矩阵交换系统用于交换机确定了目的端口后，根据源端口与目的端口打开交换矩阵中相应的开关，在两个端口之间建立连接，通过建立的这个传输通道来完成数据帧的传输；所述总线交换系统包括一条很高带宽的背部总线，交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，总线按时隙分为多条逻辑通道，各个端口都可以往该总线上发送数据帧，这些数据帧都按时隙在总线上传输，并从各自的目的端口中输出数据帧；所述共享存储交换系统包括共享存储器，所述共享存储器用于将共享存储RAM代替了总线交换系统中的总线，数据帧通过共享存储器实现从源端口直接传送到目的端口。

本发明中，所述网络切换器由主控盒、扩展盒、远程加去电电源箱以及远程操作终端组成，每个主控盒能够实现多路以上的千兆以太网口的切换，网络切换器管理控制功能在主控盒内，扩展盒只提供切换功能，每个主控盒可连接多个扩展盒；可同时实现多路千兆以太网口的线路切换，网络切换器可以远程操作，快速实现卫星地面站各设备在主交换机、备交换机之间的网络接入及切换。

本发明中，所述主控盒由ARM处理器模块和单片机继电器网络切换模块组成，所述扩展盒由单片机继电器网络切换模块通过串口与主控盒连接；以实现输人网口数量的扩展，挂接的扩展盒数量随主控盒ARM处理器串口数量而定，其主控盒可以单独工作，扩展盒不能独立工作，必须与主控盒配合，在其统一管理调配下工作。

本发明中，所述ARM理器模块用于转发监控软件和主控盒以及扩展盒之间的各种配置命令和状态信息；ARM处理器模块具有监听转发功能，通过串口与上位PC机上运行的网络切换器监控软件通信，控制单片机继电器网络切换模块的切换方向。

本发明中，所述单片机继电器网络切换模块由单片机和高频继电器组成，所述单片机用于控制继电器打开或闭合，且与主控盒ARM模块通过串口通信，接收ARM板切换指令，并返回切换器的工作状态，对控制板的按键操作和LED指示灯显示进行处理，所述继电器处理模块用于完成以太网口线路A状态输出及B状态输出的切换，并分别对应主用、备用以太网交换机；继电器选用欧姆龙单稳型高频继电器，具有2个闭合/2个打开节点，由于RJ45网口有8个信号线，因此单个主控盒或扩展盒共需要多个欧姆龙单稳型继电器，单片机继电器网络切换模块用于连接所有的卫星地面站设备网口，即卫星地面站终端设备网口和交换机主机网口、交换机备机网口等，负责交换机主机和备机线路的切换功能。

本发明中，所述远程加去电电源箱采用远程加去电插排配置的智能电源管理器，通过控制中心的远程操作终端上安装的智能电源管理软件对远程开关控制进行统一管理；通过控制智能电源管理器每个接口的继电器通断来实现对网络切换器设备的远程加去电功能，用户在远程操作终端上通过以太网口实现对网络切换器的加电和去电操作，为减少卫星地面站千兆以太网交换机故障对卫星地面站远程加去电电源箱控制的影响，将卫星地面站千兆以太网交换机和卫星地面站远程加去电电源箱网络完全隔离，卫星地面站远程加去电电源箱采用卫星地面站监控网进行网络通信。

本发明中，所述交换机A、备用交换机B之间设置为堆叠热备工作，所述网络切换器通过标准以太网口与远程操作终端计算机进行交互操作，且用于卫星地面站设备与交换机之间；网络切换器监控应用软件运行在卫星地面站远程操作终端上，提供状态查询和网络切换命令，用于查询卫星地面站交换机工作状态以及控制网络切换，并显示数据通道状态(本控/远控状态、网络输出A状态/网络输出B状态)，同时基于以太网口还能远程下发加电、去电控制命令，并显示命令执行结果，监控软件向嵌入式软件发送状态查询和网络切换命令；状态查询命令查询各个数据信道的状态(联/脱机状态和网络状态)，并通过图形界面形象的显示出来；用户界面还需为每个数据信道提供一个网络切换命令按钮，用户点击时向嵌人式软件发送网络切换命令，并显示切换后的状态。

实施例1：某次实测的人工切换时间统计如表1所示，表中终端设备数量为21台/套，全部为单路由网络通信，主备端口切换时间指的是人工从主交换机某端口拔下，然后准确插人到备交换机，并确认联通就绪的时间；主备端口切换时间因新上岗人员还是熟练岗人员操作的不同而有所区别，熟练岗人员操作的时间一般小于新上岗人员，测试样本量5组(NOl、NO2、NO3、NO4、NO5)，由于人工进行主备端口切换为串行操作，因此，人工切换操作时间的累积T＝∑t＝145.72s，即当人工进行网络切换时，数据传输中断的时间145.72s，约2min以上。

实施例2：增加网络切换器装置后进行网络切换的时间统计如表2所示，测试样本量是连续测试5组，主备端口切换时间指的是网络切换器控制某端口对应的工业继电器动作、联通就绪的用时(时间t1由网络切换器监控软件获得)，由于网络切换器装置控制端口切换为并行操作，因此每一组的主备端口切换时间为MAX(t1)，平均切换时间为0.96s，即数据传输中断的时间为0.96s。

由以上实测数据统计分析可知，当采用网络切换器装置进行堆叠交换机的主备切换时，切换时间小于1s，数据传输中断时间小于1s，比人员操作减少约144s，工作效率提高144倍，数据传输可用度大幅度提高，具有很好的经济效益。

需要说明的是：本发明提出了一种网络交换机交互的方法，设计了千兆以太网交换机网络切换器，当卫星地面站主用交换机出现故障时，可以远程操作快速实现卫星地面站各测控设备及数传设备在主、备交换机之间的网络接人及切换，缩短故障应急处置时间，降低应急处置风险，提高卫星地面站系统的可用度，能够有效地保障卫星地面站执行卫星测控和数据中继任务的能力。在卫星地面站终端设备与交换机间增加网络切换器装置后，主备端口切换为并行操作，切换时间大大降低，工作效率大幅度提高，且屏蔽了新上岗人员和熟练岗人员操作不同带来的时间差异性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种网络交换机交互的方法，包括交换结构和交换系统，其特征在于：所述交换系统由软件执行交换系统、矩阵交换系统、总线交换系统和共享存储交换系统组成，所述交换结构由主用交换机A、备用交换机B和网络切换器组成；

所述软件执行交换系统用于当交换机接收到数据帧后，先将其由串行代码转化为并行代码，暂时储存在交换机的快速缓存RAM中，交换机的CPU开始根据数据帧中的目的MAC地址进行查询交换表，确定了目的端口后，交换机在源端口与目的端口之间建立起虚连接，然后将以并行代码形式存储在RAM中的数据帧转化为串行代码，发送到目的端口；

所述矩阵交换系统用于交换机确定了目的端口后，根据源端口与目的端口打开交换矩阵中相应的开关，在两个端口之间建立连接，通过建立的这个传输通道来完成数据帧的传输；

所述总线交换系统包括一条很高带宽的背部总线，交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，总线按时隙分为多条逻辑通道，各个端口都可以往该总线上发送数据帧，这些数据帧都按时隙在总线上传输，并从各自的目的端口中输出数据帧；

所述共享存储交换系统包括共享存储器，所述共享存储器用于将共享存储RAM代替了总线交换系统中的总线，数据帧通过共享存储器实现从源端口直接传送到目的端口。

2.根据权利要求1所述的一种网络交换机交互的方法，其特征在于：所述网络切换器由主控盒、扩展盒、远程加去电电源箱以及远程操作终端组成，每个主控盒能够实现多路以上的千兆以太网口的切换，网络切换器管理控制功能在主控盒内，扩展盒只提供切换功能，每个主控盒可连接多个扩展盒。

3.根据权利要求2所述的一种网络交换机交互的方法，其特征在于：所述主控盒由ARM处理器模块和单片机继电器网络切换模块组成，所述扩展盒由单片机继电器网络切换模块通过串口与主控盒连接。

4.根据权利要求3所述的一种网络交换机交互的方法，其特征在于：所述ARM理器模块用于转发监控软件和主控盒以及扩展盒之间的各种配置命令和状态信息。

5.根据权利要求3所述的一种网络交换机交互的方法，其特征在于：所述单片机继电器网络切换模块由单片机和高频继电器组成，所述单片机用于控制继电器打开或闭合，且与主控盒ARM模块通过串口通信，接收ARM板切换指令，并返回切换器的工作状态，对控制板的按键操作和LED指示灯显示进行处理，所述继电器处理模块用于完成以太网口线路A状态输出及B状态输出的切换，并分别对应主用、备用以太网交换机。

6.根据权利要求3所述的一种网络交换机交互的方法，其特征在于：所述单片机继电器网络切换模块用于连接所有的卫星地面站设备网口，即卫星地面站终端设备网口和交换机主机网口、交换机备机网口等。

7.根据权利要求2所述的一种网络交换机交互的方法，其特征在于：所述远程加去电电源箱采用远程加去电插排配置的智能电源管理器，通过控制中心的远程操作终端上安装的智能电源管理软件对远程开关控制进行统一管理。

8.根据权利要求1所述的一种网络交换机交互的方法，其特征在于：所述交换机A、备用交换机B之间设置为堆叠热备工作，所述网络切换器通过标准以太网口与远程操作终端计算机进行交互操作，且用于卫星地面站设备与交换机之间。