CN200993768Y

CN200993768Y - 一种基于ip的数字化kvm系统

Info

Publication number: CN200993768Y
Application number: CNU2006201585935U
Authority: CN
Inventors: 鄂强; 曾宇
Original assignee: Dawning Information Industry Beijing Co Ltd
Current assignee: Dawning Information Industry Beijing Co Ltd
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2016-11-28

Abstract

本实用新型涉及计算机技术领域，具体地说是一种基于IP的数字化KVM系统是通过模拟KVM系统升级的，包括节点、终端和多路器；节点之间采用菊花链结构通过双绞线连接在总线上，每个节点均连接一台服务器且该节点控制与其连接的服务器，通过多路器将原有一条总线扩展成8条总线，最多可连接1024个节点；终端与远程控制器以TCP/IP网络为接口相连接，通过Internet/LAN进行信号及数据传输，取代对专用电缆和信号系统的依赖，能够实现远程控制的KVM系统。

Description

一种基于IP的数字化KVM系统

技术领域

本实用新型涉及计算机技术领域，具体地说是一种基于IP的数字化KVM系统。

背景技术

作为实现服务器控制集中化和标准化的重要设备，KVM系统目前在绝大多数网络操作中心(NOC)以及互联网数据中心(IDC)中成为固定设备，KVM是键盘(Keyboard)、显示器(Video)、鼠标(Mouse)的缩写的组合。KVM能通过恰当的键盘、鼠标和显示器的配置，达到通过这组I\O设备(键盘、鼠标和显示器)控制多个节点。现有的模拟式KVM切换器通过切换专用线缆上的模拟视频、鼠标与键盘信号实现服务器的集中管理。虽然模拟KVM装置有助于简化高密度服务器的管理，但其对使用距离的限制，妨碍了模拟式KVM的使用范围；同时，模拟KVM能够支持的用户数有限。这些局限性限制了模拟KVM的控制范围和可扩展性。

因此，迫切需要一种克服传统模拟KVM系统的局限性，取代对专用电缆和信号系统的依赖，能够实现远程控制的KVM系统。

实用新型内容

本实用新型的目的就是在于研究出一种以TCP/IP网络为接口来传递视频信息，并实现远程操控散布在各地机房中服务器的基于IP的数字化KVM系统。

为实现上述目的，本实用新型通过如下技术方案实现：一种基于IP的数字化KVM系统，包括节点、终端和多路器；节点之间采用菊花链结构通过双绞线连接在总线上，每个节点均连接一台服务器且该节点控制与其连接的服务器，双绞线由四对差分线组成，其中有三对用来传输视频信号的差分线，另外有一对用来传输键盘鼠标数据、控制数据和节点切换数据的差分线；多路器设有扩展接口和输出接口，其中扩展接口与总线相连，输出接口与终端通过连接线相连；终端与远程控制器以TCP/IP网络为接口相连接，通过Internet/LAN进行信号及数据传输。

双绞线可以为五类双绞线、超五类非屏蔽双绞线或超六类双绞线。

所谓菊花链结构是节点上设有近接口和远接口，用连接线依次将各个节点的远接口和下一节点的近接口相连即可。将菊花链结构中的第一个节点的近接口用连线引出，即形成一条总线。

终端上设有终端接口，将一条总线直接与终端接口相连，即组成只含有一条总线的KVM切换器；将多条总线分别与多路器的扩展接口相连，再将多路器的输出接口与终端接口通过连接线相连，即组成含有多条总线的KVM切换器。

所述节点主要包括MCU、同步复合电路和视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、视频信号继电器、地址设置拨码开关、LED指示灯(LED：LightEmitting Diode，发光二极管)、服务器的键盘接口、鼠标接口相连，485总线收发器挂接在RS-485总线上，视频信号继电器连接在视频总线上；视频信号由服务器的VGA显卡输入，经同步复合电路和视频驱动电路进行变换并加以驱动后，由视频信号继电器将视频信号输出到视频总线上进行传输。

所述终端主要包括MCU(全称Micro Controller Unit，单片机)、IP模块和Keyboard Mouse Split(键盘鼠标模拟及切换电路)，MCU与键盘、鼠标相连；485总线收发器的一端连接在MCU上，另一端挂接在RS-485总线上；IP模块的一端与Keyboard Mouse Split相连，另一端以TCP/IP网络为接口与远程控制器相连；Keyboard Mouse Split与本地端键盘、鼠标相连；

IP模块包括：

Video ADC(视频模数转换器)，用以将模拟信号转换为数字信号并完成对视频信号的采集；

Video Buffer(视频缓冲器)，用于完成对视频信号的缓冲；

FPGA(全称Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，用以对视频图像数据进行压缩，本实用新型用H264(一种视频压缩标准)标准对视频信号进行压缩，可以对VGA，SVGA，XGA，SXGA以及UXGA等视频格式进行压缩。

嵌入式处理器，用以控制FPGA且与作为网络与终端连接的接口。

Keyboard Mouse Split，用以对本地端键盘、鼠标的PS/2(一种常用的键盘、鼠标接口规范)传输协议进行模拟，并将其转换为串口协议，传输给IP模块；同时，该部分电路还用于控制本地端键盘鼠标和远程控制键盘鼠标的切换与使能；

所述多路器主要包括MCU、485总线收发器、第一8选1开关组、第二8选1开关组以及视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、第一8选1开关组以及第二8选1开关组相连；MCU控制485收发器和两组8选1开关组，其中485收发器通过1路485总线与终端通信，根据终端指令，使第一8选1开关组与从8路485总线中的1路相连，使第二8选1开关组选出8路视频总线中的1路，经视频驱动电路后送至视频总线。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：

1、本实用新型采用通过5类网线连接的菊花链拓扑结构，配合多路器扩展系统规模，最终可通过一台控制终端，控制多达1024台服务器。

2、本实用新型充分利用了现有模拟KVM切换器的基础设施，不再需要覆盖专用连接以确保本地和远程管理的控制和通信。

3、本实用新型仅仅需要一个IP地址，就可以实现在数据中心或全球的任何地方用任何一台电脑来控制服务器和其他设备，消除了距离限制，取代了对专用电缆和信号系统的依赖，也因此实现了灵活的集中化管理。

附图说明

图1 现有技术的模拟KVM示意图；

图2 本实用新型采用八条总线的示意图；

图3 视频信号通路结构示意图；

图4 视频传送网络示意图；

图5 RS-485总线结构示意图；

图6 节点结构示意图；

图7 终端结构示意图；

图8 终端处理过程图；

图9 多路器结构示意图。

图中，1、节点；2、终端；3、近接口；4、远接口；5、双绞线；6、地址设置拨码开关；7、显示器接口；8、键盘接口；9、鼠标接口；10、显示器；11、键盘；12、鼠标；13、终端接口；14、服务器；15、多路器；16、扩展接口；17、输出接口；18、视频信号继电器；19、远程控制器；20、远程键盘；21、远程鼠标；22、远程显示器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，传统的模拟KVM主要包括节点1、终端2，节点上设有两个RJ4 5插座，其中在总线上靠近终端的为近接口3，另一个RJ45插座为远接口4，将各个节点的远接口4与下一节点的近接口3用双绞线5连接，即形成菊花链状，并将第一个节点的近接口用连线引出，即形成一条总线。节点1上的地址设置拨码开关6，用来设置节点的编号，以区分不同的节点。终端2上安装有显示器接口7、键盘接口8和鼠标接口9，分别与显示器10、键盘11、鼠标1 2相连，显示器接口7以VGA(Video Graphic Array，一种视频信号标准)插座为佳，键盘、鼠标接口以PS/2(一种常用的键盘、鼠标接口规范)插座为佳；终端2上还安装有终端接口13，以RJ45(一种8脚的插头/插座)插座为佳，将终端接口13与总线上第一个KVM节点的近接口3用五类双绞线连接，即组成只含有一条总线的KVM切换器，每个节点均与一台服务器14相连接且控制该服务器。

如图2所示，本实用新型在终端和节点之间安装有多路器，多路器15上设有九个RJ45插座，其中的八个RJ45插座称为扩展接口16用来和多条总线相连，另一个RJ45插座称为输出接口17用来和终端2相连。当多路器15只连接一条总线时，效果与一条总线的KVM相同；可以将多条总线分别与多路器的扩展接口16相连，再将多路器15的输出接口17与终端2的终端接口13通过连接线相连，即形成多条总线的KVM切换器，如图2所示，每条总线上可以挂接128个节点1，即可以达到1024个节点的规模。

本实用新型的各种设备间通过双绞线5连接在总线上，连线插接件采用RJ45插头和RJ45插座，双绞线由四对差分线组成，其中有三对差分线用来传输视频信号的，另外一对作为RS-485(一种串行总线标准)总线用来传输键盘鼠标数据、控制数据和节点切换数据。

远程控制器与终端2以TCP/IP网络为接口相连接，通过Internet/LAN进行信号及数据传输，其中本实用新型采用真正的IP协议，在终端对视频信号进行压缩与IP传输，以达到对服务器14的切换。

本实用新型的所有服务器14已被预先命名，当用户进行远端访问时，只需通过远端鼠标点击位于远程显示器工具条中的服务器14标号/名称，信号便通过网络传输到终端的嵌入式处理器，如图8所示，通过安装在嵌入式处理器中的Web Sever(Web服务器)接收来自远程的信号，再通过系统的控制电路操作服务器14进行视频信号的传输。

视频信号为单向传输，方向为从节点1到终端2。VGA(Video GraphicArray，一种视频信号标准)视频信号包含颜色信号R，G，B和行场同步信号H，V。节点1将H调制到G上，V调制到B上，并经单端到差分变换，形成三对差分信号R⁺、R^-，G⁺、G^-，B⁺、B^-，用三对差分线进行传输。接收端终端2对收到的信号进行差分到单端变换和同步提取，恢复出R，G，B，H，V五个信号，送到终端的视频压缩及IP传输电路对视频信号的压缩并通过IP传输模块传输到远程显示器上。

如图3所示，V表示节点1的视频输出，当终端操作某节点时，该节点1的近接口3与V传输线连通，与远接口4断开，使该节点的近接口3和远接口4之间的视频信号通路在电路上是断开的；而总线上其余节点的近接口和远接口连通，与V传输线断开，是其近接口和远接口之间的视频信号通路在电路上是连通的。那么，这个被终端操作的节点作为总线上的唯一视频输出。

如图4所示，视频信号在三对双绞线上传输，视频信号为单向传输，方向从节点1到终端2。每个节点采用三个视频信号继电器18，三个继电器的控制端相连直接接入节点中MCU的一个控制引脚，用来控制调制后的三路视频信号是否输出到传输线上，在任一时刻最多只能有一个节点将视频信号输出到V传输线。

如图5所示，485总线实现了异步串行传输的物理层规程。本实用新型将五类双绞线中的一对差分线做为半双工485总线，键盘鼠标数据和控制数据通过485总线传输，实现节点和终端之间的双向数据通信。终端接收键盘、鼠标发出的数据，将它们传输到节点，再由节点发送给服务器；节点接收服务器发给键盘、鼠标的数据，将它们传输到终端，再由终端发送给键盘鼠标。

每个节点都通过一个RS-485收发器与485总线相连，485总线最大长度可达1200米，最大总线负载为32个单位，最大传输速度因485芯片而异，一般可达2.5Mbps，单路可实现最大256负载，但本实用新型在一条总线上最多挂接128个节点。

如图6所示，节点主要包括MCU、同步复合电路和视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、视频信号继电器、地址设置拨码开关、LED指示灯、服务器键盘接口以及服务器鼠标接口相连，485总线收发器挂接在RS-485总线上，视频信号继电器连接在视频总线上。MCU读取由地址设置拨码开关设置的节点编号、控制LED显示节点的状态、并通过控制视频信号继电器来控制是否将视频信号输出到视频总线。视频信号由服务器14的VGA显卡输入，经同步复合电路和视频驱动电路进行变换并加以驱动后，由视频信号继电器将视频信号输出到视频总线上进行传输。

当终端要操作某节点时，终端会通过总线向该节点发送“连接”命令。MCU收到命令后，控制视频信号继电器，使近接口与V传输线连通，近接口与远接口断开，将自身的视频信号输出到视频传输线。此时，MCU通过总线在服务器键盘接口、服务器鼠标接口和终端间传递键盘鼠标数据。

当终端未操作某节点时，该节点的MCU控制视频信号继电器，使近接口与远接口连通，近接口与V传输线断开。此时，MCU负责应答计算机对键盘和鼠标的查询命令，另外为了响应终端命令，还要对总线进行监听。如图7所示，终端主要包括MCU、IP模块和Keyboard Mouse Split，MCU与键盘、鼠标相连；485总线收发器的一端连接在MCU上，另一端挂接在RS-485总线上；IP模块的一端与Keyboard Mouse Split相连相连，另一端以TCP/IP网络为接口与远程控制器相连；Keyboard Mouse Split与本地端键盘、鼠标相连；485总线收发器接收来自485总线的键盘鼠标数据、控制数据和节点切换数据。

具体视频信号在终端的处理过程如图8所示，

IP 模块包括：

Video ADC，用以将模拟信号转换为数字信号并完成对视频信号的采集；

Video Buffer，用于完成对视频信号的缓冲；

FPGA，用以对视频图像数据进行压缩，本实用新型用H264标准对视频信号进行压缩，压缩成VGA视频格式；

嵌入式处理器，用以控制FPGA且与，与Ethernet(以太网，是由IEEE 802.3委员会标准化的)相连，作为网络与终端的接口。

终端的MCU产生的控制电路操作着信号处理过程；首先，本实用新型的所有服务器已被预先命名，当用户进行远端访问时，只需通过远端鼠标37点击位于远程显示器工具条中的服务器标号/名称，信号便通过网络传输到终端的嵌入式处理器，如图8所示，通过安装在嵌入式处理器中的Web Sever接收来自远程的信号，再通过系统的控制电路操作服务器进行视频信号的传输。

被选中的服务器将视频信号传输到终端后，被差分成RGB信号和HV信号，其中RGB信号直接传输到信号叠加电路，HV信号经HV切换和模拟电路将HV信号分成两个分支，其中一个分支直接传输到信号叠加电路，另一个分支经OSD产生电路处理后输出OSD信号到信号叠加电路，连同RGB信号、HV信号的一个分支进行信号叠加，再将输出的视频信号进行RGB分解，其中的一个分支送到本地显示器，另一分支经过IP模块中的Video ADC进行视频采样、经嵌入式处理器控制FPGA进行图像压缩后，再经以太网传输给远程显示器38。

Keyboard Mouse Split，完成对本地端键盘、鼠标的PS/2传输协议进行模拟，并将其转换为串口协议，传输给IP模块；同时，该部分电路还用于控制本地端键盘鼠标和远程控制键盘鼠标的切换与使能。

如图9所示，多路器主要包括MCU、485总线收发器、第一8选1开关组、第二8选1开关组以及视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、第一8选1开关组以及第二8选1开关组相连；MCU控制485总线收发器和两组8选1开关组，其中485收发器通过1路485总线与终端通信，根据终端指令，使第一8选1开关组与从8路485总线中的1路相连，使第二8选1开关组选出8路视频总线中的1路，经视频驱动电路驱动后送至被选中的1路视频总线。其中，第一8选1开关组由两片8选1模拟开关芯片组成，第二8选1开关组由6片8选1模拟开关芯片组成。

多路器相当于受终端控制的8选1选择器，它可以根据终端的命令，将8个扩展接口中的一个与输出接口相连。带多路器的KVM系统，终端先和多路器通信，选择指定的总线和自己相连，然后，终端再和该总线上被指定的节点连接，连接过程与不带多路器的方式相同。

本实用新型用H264标准对视频信号进行压缩，同样适用于对SVGA，XGA，SXGA以及UXGA等视频格式进行压缩

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于IP的数字化KVM系统，包括节点(1)、终端(2)和多路器(15)，其特征在于，节点(1)之间采用菊花链结构通过双绞线(5)连接在总线上，每个节点均与一台服务器(14)相连；多路器(15)设有扩展接口(16)和输出接口(17)，扩展接口与总线相连，输出接口与终端通过连接线相连；终端(2)与远程控制器以TCP/IP网络为接口相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于IP的数字化KVM系统，其特征在于，所述节点(1)上设有近接口(3)和远接口(4)，用连接线依次将各个节点(1)的远接口(4)和下一节点的近接口(3)相连，即形成菊花链状，并将第一个节点的近接口用连线引出，即形成一条总线。

3.根据权利要求2所述的一种基于IP的数字化KVM系统，其特征在于，终端(2)上设有终端接口(13)，可以将一条总线直接与终端接口相连。

4.根据权利要求2所述的一种基于IP的数字化KVM系统，其特征在于，可以将多条总线分别与多路器(15)的扩展接口(16)相连，再将多路器的输出接口(17)与终端接口(13)通过连接线相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于IP的数字化KVM系统，其特征在于所述节点主要包括MCU、同步复合电路和视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、视频信号继电器、地址设置拨码开关、LED指示灯、服务器的键盘接口、鼠标接口相连，485总线收发器挂接在RS-485总线上，视频信号继电器连接在视频总线上；视频信号由服务器的VGA显卡输入，经同步复合电路和视频驱动电路进行变换并加以驱动后，由视频信号继电器将视频信号输出到视频总线上进行传输。

6.根据权利要求1所述的一种基于IP的数字化KVM系统，其特征在于所述终端主要包括MCU、IP模块和Keyboard Mouse Split，MCU与键盘、鼠标相连；485总线收发器的一端连接在MCU上，另一端挂接在RS-485总线上；IP模块的一端与Keyboard Mouse Split相连，另一端以TCP/IP网络为接口与远程控制器相连；Keyboard Mouse Split与本地端键盘、鼠标(12)相连；

IP模块包括：

Video Buffer，用于完成对视频信号的缓冲；

FPGA，用以对视频图像数据进行压缩；

7.根据权利要求1所述的一种基于IP的数字化KVM系统，其特征在于，多路器主要包括MCU、485总线收发器、第一8选1开关组、第二8选1开关组以及视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、第一8选1开关组以及第二8选1开关组相连；MCU控制485收发器和两组8选1开关组，其中485收发器通过1路485总线与终端通信，根据终端指令，使第一8选1开关组与从8路485总线中的1路相连，使第二8选1开关组选出8路视频总线中的1路，经视频驱动电路后送至视频总线。