CN203289458U - 一种线路切换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种线路切换器，包括至少一个切换模块，每一切换模块中包括掉电直通电路，在线路切换器掉电时，可通过自动闭合掉电直通开关来实现网络节点之间的纯物理线路直通，从而在本设备掉电时保持网络节点之间的通信，不影响用户的使用；而且，每一切换模块中的FPGA芯片内设有三种软切换程序：主用网络设备切换、备用网络设备切换和软直通切换，从而可确保在主用网络设备不可用、备用网络设备不可用或主、备网络设备均不可用时仍能保持两网络节点之间的正常通信，解决因掉电、连接在网络节点设备间的网络设备出故障或升级而影响网络节点间通信感知的问题。

Description

一种线路切换器

技术领域

本实用新型涉及网络通信技术领域，特别涉及一种用于网络节点间的通信线路切换的线路切换器。

背景技术

随着互联网的快速发展，各种新业务、新应用日新月异；网络的带宽不断提高、网络结构日臻复杂。各种大型的核心交换路由设备、网关、防火墙及分流设备的大规模应用，对网络设备的日常维护、升级、维修以及应急预案提出了新的要求。现有的网络节点之间连接的各种设备在出现故障或做日常维护、升级、维修时，两网络节点之间不能正常通信，会影响网络的使用，所以，为了解决这一问题，现有的解决方法主要是设置与连接在两网络节点之间的网络设备相同功能的备用网络设备，在主用设备出现异常或需做日常维护、升级、维修时，通过切换设备在主用网络设备与备用网络设备之间进行切换，将备用网络设备与网络节点间线路连通，使两网络节点之间可继续通信，从而不会影响网络使用。但是，现有的切换设备需要配置磁盘阵列，频繁的读取备份，有效的切换保护效率不高，而且成本高；并在切换设备掉电时，则两网络节点之间便不能继续通信；在传统方案主、备用切换时，节点间的通信链路有瞬间的中断，在主用、备用网络设备均出现异常时，正常通信将不能保证；而且，在主用、备用网络设备均出现异常或需做日常维护、升级、维修时，则两网络节点之间也影响通信感知，仍然影响使用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种用于网络节点间的通信线路切换的线路切换器，旨在确保两网络节点之间的正常通信，解决因掉电、连接在节点设备间的网络设备出故障或升级而影响网络节点间通信感知的问题。

本实用新型提出一种线路切换器，包括机箱，在所述机箱内设有至少一个用于检测线路通信状态并根据检测结果来进行线路切换保护的切换模块以及用于提供稳定的电源供给的双电源模块，所述切换模块包括接口模块、掉电直通电路以及FPGA芯片；所述接口模块用于线路信号的接收、时钟恢复、编解码和信号输出，包括用于与网络节点的物理层接口连接的节点接口模块、用于与主用网络设备的物理层接口连接的主用网络设备接口模块、用于与备用网络设备的物理层接口连接的备用网络设备接口模块；所述掉电直通电路包括用于在掉电时自动连通网络节点之间的物理线路的掉电直通开关；所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块分别与所述FPGA芯片连接，所述FPGA芯片用于对所述接口模块与主用网络设备、备用网络设备之间的物理线路进行链路检测和串口检测，并根据检测结果进行相应的软切换：

备用网络设备切换：当检测到与主用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与备用网络设备的物理线路及串口正常通信时，自动开启与所述备用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为备用网络设备连通工作状态；

主用网络设备切换：当检测到与备用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与主用网络设备的物理线路及串口恢复正常通信时，自动开启与所述主用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为主用网络设备连通工作状态；

软直通切换：当检测到与所述主用网络设备、所述备用网络设备的物理线路均出现故障或串口物理信号丢失时，自动开启网络节点之间的直接电信号通路，将当前工作状态切换为网络直通工作状态，实现两节点在物理层的直通。

优选地，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均通过标准的GMII接口与所述FPGA芯片相连。

优选地，所述节点接口模块包括用于连接网络节点的WAN1以太网接口、WAN2以太网接口，所述主用网络设备接口模块包括用于连接主用网络设备的LAN1以太网接口、LAN3以太网接口，所述备用网络设备接口模块包括用于连接备用网络设备的LAN2以太网接口、LAN4以太网接口，所述WAN1以太网接口、WAN2以太网接口、LAN1以太网接口、LAN3以太网接口、LAN2以太网接口以及LAN4以太网接口均设置在所述机箱的前面板上。

优选地，所述接口模块为电口模块，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均包括网络变压器和PHY芯片，所述WAN1以太网接口、WAN2以太网接口、LAN1以太网接口、LAN3以太网接口、LAN2以太网接口以及LAN4以太网接口均为RJ-45接口，所述掉电直通开关为由若干个继电器组成的切换矩阵。

优选地，所述接口模块为光口模块，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均包括光模块结构件、SFP光模块以及PHY芯片，所述WAN1以太网接口、WAN2以太网接口、LAN1以太网接口、LAN3以太网接口、LAN2以太网接口以及LAN4以太网接口均为以太网光接口，所述掉电直通开关为由若干个光开关组成的切换矩阵。

优选地，所述切换模块还包括切换状态显示模块和用于手动开启软直通的手动复位按钮，所述切换状态显示模块包括掉电直通指示灯、主用网络设备直或网络设备通指示灯、备用网络设备直通指示灯、软直通指示灯、运行灯以及复位按钮开启指示灯。

优选地，所述切换模块设有四个。

优选地，所述双电源模块包括两组供电电源、两个电源接口以及两个电源开关，每组供电电源可为AV220 V /DC48 V。 

优选地，还包括一用于与所述切换模块通信、并进行通信控制的控制器，所述控制器与所述切换模块连接，所述控制器包括用于与主用网络设备连接的Eth1以太网接口、用于与备用网络设备连接的Eth2以太网接口、用于供第三方仲裁、监控网络设备连接的Eth3以太网接口以及至少一个预留以太网接口。

本实用新型的主要有益效果为：线路切换器包括至少一个切换模块，每一切换模块中包括掉电直通电路，在线路切换器掉电时，可通过自动闭合掉电直通开关来实现网络节点之间的纯物理线路直通，从而在本设备掉电时保持网络节点之间的通信，不影响用户的使用；而且，每一切换模块中的FPGA芯片内设有三种软切换程序：主用网络设备切换、备用网络设备切换和软直通切换，从而可确保在主用网络设备不可用、备用网络设备不可用或主、备网络设备均不可用时仍能保持两网络节点之间的正常通信，解决因掉电、连接在网络节点间的网络设备出故障或升级而影响网络节点通信感知的问题。

附图说明

图1为本实用新型线路切换器的一实施例中切换模块的结构框图；

图2为本实用新型线路切换器的一实施例中切换模块的不同直通状态的流程图；

图3为本实用新型线路切换器的一实施例中线路切换器的前面板示意图；

图4为本实用新型线路切换器的一实施例中单一切换模块的接口示意图；

图5为本实用新型线路切换器的一实施例中线路切换器的后面板示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1至图5，提出本实用新型的一种线路切换器的一实施例，该线路切换器包括机箱，在机箱内设有至少一个用于检测线路通信状态并根据检测结果来进行线路切换保护的切换模块以及用于提供稳定的电源供给的双电源模块，双电源模块包括两组供电电源51、两个电源接口以及两个电源开关52，每组供电电源51可为AV220 V /DC48 V，用户可对每组供电电源51进行选择，可选择两个直流48V电源进行连接，或者选择两个交流220V电源进行连接，或者选择一个直流48V电源、一个交流220V电源进行混合连接，两个电源开关52位于机箱背面，在机箱侧面印有相应的供电电源配置，可通过印有的供电电源配置选择正确的电源连接。电源接口用于外部电源连接，在进行电源连接时，应将电源开关52置于关闭状态。在用户选择两个直流48V电源时，可使用电压波动在工作条件范围内的蓄电池进行48V直流供电；在用户选择两个交流220V电源时，可直连220交流电源进行220V交流供电。

每一切换模块与两需互相通信的网络节点连接，与需连接在两网络节点间的网络设备连接，并与该网络设备的功能相同的备用网络设备连接，相对于备用网络设备而言，该网络设备为主用网络设备，该切换模块用于在本网络设备掉电、主用网络设备不可用、备用网络设备不可用或主、备用网络设备均不可用时，一直保持两网络节点间的正常通信，保护网络节点间的通信线路畅通。

该切换模块包括接口模块、掉电直通电路以及FPGAField－Programmable Gate Array，中文名称：现场可编程门阵列芯片，接口模块与FPGA芯片20连接。

掉电直通电路包括用于在掉电时自动连通网络节点之间的物理线路的掉电直通开关10，该掉电直通开关10为由多个开关元器件组成的切换矩阵，用于完成物理层的连接与切换，保证最高级别的切换和连接。在本设备正常通电使用时，掉电直通开关10处于闲置状态，实现网络节点与接口模块的物理层连接；在本设备掉电时，自动开启掉电直通开关10，实现两网络节点之间的纯物理线路直通，完成网络节点之间的硬直通；当本设备又恢复上电时，掉电直通开关10自动关闭，切换模块恢复至正常工作状态。

接口模块用于线路信号的接收、时钟恢复、编解码和信号输出，包括用于与节点的物理层接口连接的节点接口模块21、用于与主用网络设备的物理层接口连接的主用网络设备接口模块22、用于与备用网络设备的物理层接口连接的备用网络设备接口模块23。节点接口模块21包括用于连接网络节点的WAN1以太网接口211、WAN2以太网接口212，主用网络设备接口模块22包括用于连接主用网络设备的LAN1以太网接口221、LAN3以太网接口222，备用网络设备接口模块23包括用于连接备用网络设备的LAN2以太网接口231、LAN4以太网接口232，WAN1以太网接口211、WAN2以太网接口212、LAN1以太网接口221、LAN3以太网接口222、LAN2以太网接口231以及LAN4以太网接口232均设置在机箱的前面板上。网络节点通过WAN1以太网接口211、WAN2以太网接口212与切换模块连接，实现网络节点与切换模块的物理层连接。主用网络设备通过LAN1以太网接口221、LAN3以太网接口222与切换模块连接，实现主用网络设备与切换模块的物理层连接。备用网络设备通过LAN2以太网接口231、LAN4以太网接口232与切换模块连接，实现备用网络设备与切换模块的物理层连接。节点接口模块21、主用网络设备接口模块22以及备用网络设备接口模块23分别与FPGA芯片20连接。

可采用电口模块或光口模块作为接口模块。将接口模块设置为电口模块时，节点接口模块21、主用网络设备接口模块22以及备用网络设备接口模块23均包括网络变压器和PHY芯片，WAN1以太网接口211、WAN2以太网接口212、LAN1以太网接口221、LAN3以太网接口222、LAN2以太网接口231以及LAN4以太网接口232均为RJ-45接口，掉电直通开关10为由若干个继电器组成的切换矩阵。网络变压器可把PHY芯片送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波，并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端；还可隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平，以防止不同电压通过网线传输损坏切换模块。

将接口模块设置为光口模块时，节点接口模块21、主用网络设备接口模块22以及备用网络设备接口模块23均包括光模块结构件、SFPSmall Form Pluggable光模块以及PHY芯片，WAN1以太网接口211、WAN2以太网接口212、LAN1以太网接口221、LAN3以太网接口222、LAN2以太网接口231以及LAN4以太网接口232均为以太网光接口，掉电直通开关10为由若干个光开关组成的切换矩阵。

无论使用光口模块还是电口模块，均能达到相同的功能。

节点接口模块21、主用网络设备接口模块22以及备用网络设备接口模块23均通过标准的GMII Gigabit 介质无关接口接口与FPGA芯片20相连。FPGA芯片20通过接口模块与网络节点、主用网络设备、备用网络设备通信。

FPGA芯片20用于对接口模块与主用网络设备、备用网络设备之间的物理线路进行链路检测和串口检测，并根据检测结果进行相应的软切换：备用网络设备切换、主用网络设备切换和软直通切换。

备用网络设备切换：当检测到与主用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与备用网络设备的物理线路及串口正常通信时，自动开启与备用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为备用网络设备连通工作状态；

主用网络设备切换：当检测到与备用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与主用网络设备的物理线路及串口恢复正常通信时，自动开启与主用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为主用网络设备连通工作状态；

软直通切换：当检测到与主用网络设备、备用网络设备的物理线路均出现故障或串口物理信号丢失时，自动开启网络节点之间的直接电信号通路，将当前工作状态切换为网络直通工作状态，实现两节点在物理层的直通。

上述的链路检测为通过检测同步、链路帧格式、校验码、包统计数等来实现，串口检测通过握手来实现。

其中，主用网络设备与备用网络设备的功能相同，主用网络设备与备用网络设备之间的关系为主、备用关系，网络设备可为不同功能的服务器、防火墙等，根据用户需要而定。

本切换模块由于使用FPGA芯片及PHY机制，主、备用的切换时间非常短，可靠性非常高，丢包数量非常低低于10个数据包，网络基本无感知进行切换。同样的，由于使用FPGA芯片控制及PHY的机制，在维护及软件升级时，不必使用断电直通或动用线路，而是使用软直通，网络基本无感知，切换速度非常快，丢包非常少低于10个数据包，在升级或维护结束后，直接从软直通状态切换到主用或备用，网络基本无感知速度快、丢包少。

切换模块还包括切换状态显示模块和用于手动开启软直通的手动复位按钮24，手动复位按钮24用于在应急情况下开启，开启后使切换模块进入软直通工作状态。切换状态显示模块包括掉电直通指示灯K0、主用网络设备直通指示灯K2、备用网络设备直通指示灯K3、软直通指示灯K1、运行灯RUN以及复位按钮开启指示灯SW，分别表示切换模块相应的工作状态：运行灯RUN亮起时，表示同步到千兆或百兆的网络接口；掉电直通指示灯K0亮起时，表示切换模块处于硬直通工作状态；在软直通指示灯K1亮起时，表示切换模块处于软直通工作状态；在主用网络设备直通指示灯K2亮起时，表示网络节点直通主用网络设备；在备用网络设备直通指示灯K3亮起时，表示网络节点直通备用网络设备；复位按钮开启指示灯SW亮起时，表示手动复位按钮24已经按下，开启了应急软直通。

根据线路切换应用的实际需要，各切换模块可以捆绑组成不同的应用需要，例如：A/B平面控制需要2块切换模块。本线路切换器内设有四个切换模块，四个切换模块均为各自独立的切换模块，主要完成以太网物理层及MAC层处理、根据检测异常状态启动相应的控制逻辑，实现各种切换。

本线路切换模块包括一用于与切换模块通信、并进行通信控制的控制器30，控制器30设置在机箱内，控制器30与每一切换模块通信连接，切换模块还可通过控制器30发出的控制命令来进行控制。控制器30包括用于与主用网络设备连接的Eth1以太网接口41、用于与备用网络设备连接的Eth2以太网接口42、用于供第三方仲裁、监控网络设备连接的Eth3以太网接口43以及至少一个预留以太网接口，本线路切换器中的控制器30设有一个预留以太网接口：Eth4以太网接口44。主用网络设备通过Eth1以太网接口41与控制器30通信连接，备用网络设备通过Eth2以太网接口42与控制器30通信连接，与主用网络设备、备用网络设备通信连接的切换模块与控制器30通信连接。控制器30主要包括ARM200处理器，可对上述的链路检测状态进行分析和串口检测进行监控，并能根据检测结果对切换模块发出控制指令，控制切换模块进行上述相应的工作状态切换。控制器30可通过Eth3以太网接口43外接基于WEB界面的远程管理设备，控制器30为远程管理设备提供基于WEB界面的远程管理需要，便于对切换模块进行管理。

FPGA芯片20主要完成GMII接口信号处理、协议层数据分析、FCS校验码分析、队列处理、软切换、主备用切换、端口流量分析、端口故障检测、端口数据包统计以及心跳信号检测等功能，是实现智能切换和分析的核心部分。同时可执行控制器3030的指令要求，实现切换和管理的需要。

控制器30主要完成FPGA芯片20控制、接口模块的监控、切换及管理，并且提供基于WEB界面的远程管理需要。

使用线路切换器时，通过WAN1以太网接口211、WAN2以太网接口212将切换模块串接在两网络节点间，将两网络节点间所需连接的主用网络设备通过LAN1以太网接口221、LAN3以太网接口222串接在切换模块上，将两网络节点间所需连接的备用网络设备通过LAN2以太网接口231、LAN4以太网接口232串接在切换模块上，主用网络设备与相连接的切换模块连接形成主用通道，备用网络设备与连接的切换模块连接形成备用通道，在缺省状态下，两网络节点与主用网络设备连接通信。并将主用网络设备通过Eth1以太网接口41与控制器30通信连接，将备用网络设备通过Eth2以太网接口42与控制器30通信连接。本线路切换器在掉电时，可通过自动闭合掉电直通开关10来实现网络节点之间的纯物理线路直通，从而在线路切换器掉电时保持网络节点之间的通信，不影响用户的使用；而且，切换模块的FPGA芯片20内设有三种软切换程序：主用网络设备切换、备用网络设备切换和软直通切换，从而可确保在主用网络设备不可用、备用网络设备不可用或主、备用网络设备均不可用时仍能保持两网络节点之间的正常通信，解决因掉电、连接在网络节点间的网络设备出故障或升级而导致的节点间无法通信的问题。

如图2所示，切换模块内基本的信息流如下：

1、硬直通时，节点接口模块21上的WAN1以太网接口211和WAN2以太网接口212通过切换开关矩阵实现直连，如图3中虚线1部分的业务流示意图；

2、软直通时，节点接口模块21上的WAN1以太网接口211和WAN2以太网接口212信息通过切换开关矩阵、节点接口模块21及FPGA芯片20实现连接，如图3中虚线2部分的业务流示意图；

3、主用信息流时，节点接口模块21上的WAN1以太网接口211和WAN2以太网接口212信息通过切换开关矩阵、节点接口模块21、FPGA芯片20以及主用网络设备接口模块22实现连接，如图3中虚线3部分的业务流示意图；

4、备用信息流时，节点接口模块21上的WAN1以太网接口211和WAN2以太网接口212信息通过切换开关矩阵、节点接口模块21、FPGA芯片20以及备用网络设备接口模块23实现连接，如图3中虚线4部分的业务流示意图。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种线路切换器，其特征在于，包括机箱，在所述机箱内设有至少一个用于检测线路通信状态并根据检测结果来进行线路切换保护的切换模块以及用于提供稳定的电源供给的双电源模块，所述切换模块包括接口模块、掉电直通电路以及FPGA芯片；所述接口模块用于线路信号的接收、时钟恢复、编解码和信号输出，包括用于与网络节点的物理层接口连接的节点接口模块、用于与主用网络设备的物理层接口连接的主用网络设备接口模块、用于与备用网络设备的物理层接口连接的备用网络设备接口模块；所述掉电直通电路包括用于在掉电时自动连通网络节点之间的物理线路的掉电直通开关；所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块分别与所述FPGA芯片连接，所述FPGA芯片用于对所述接口模块与主用网络设备、备用网络设备之间的物理线路进行链路检测和串口检测，并根据检测结果进行相应的软切换：

备用网络设备切换：当检测到与主用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与备用网络设备的物理线路及串口正常通信时，自动开启与所述备用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为备用网络设备连通工作状态；

主用网络设备切换：当检测到与备用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与主用网络设备的物理线路及串口恢复正常通信时，自动开启与所述主用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为主用网络设备连通工作状态；

软直通切换：当检测到与所述主用网络设备、所述备用网络设备的物理线路均出现故障或串口物理信号丢失时，自动开启网络节点之间的直接电信号通路，将当前工作状态切换为网络直通工作状态，实现两节点在物理层的直通。

2.根据权利要求1所述的一种线路切换器，其特征在于，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均通过标准的GMII接口与所述FPGA芯片相连。

3.根据权利要求2所述的一种线路切换器，其特征在于，所述节点接口模块包括用于连接网络节点的WAN1以太网接口、WAN2以太网接口，所述主用网络设备接口模块包括用于连接主用网络设备的LAN1以太网接口、LAN3以太网接口，所述备用网络设备接口模块包括用于连接备用网络设备的LAN2以太网接口、LAN4以太网接口，所述WAN1以太网接口、WAN2以太网接口、LAN1以太网接口、LAN3以太网接口、LAN2以太网接口以及LAN4以太网接口均设置在所述机箱的前面板上。

4.根据权利要求3所述的一种线路切换器，其特征在于，所述接口模块为电口模块，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均包括网络变压器和PHY芯片，所述WAN1以太网接口、WAN2以太网接口、LAN1以太网接口、LAN3以太网接口、LAN2以太网接口以及LAN4以太网接口均为RJ-45接口，所述掉电直通开关为由若干个继电器组成的切换矩阵。

5.根据权利要求3所述的一种线路切换器，其特征在于，所述接口模块为光口模块，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均包括光模块结构件、SFP光模块以及PHY芯片，所述WAN1以太网接口、WAN2以太网接口、LAN1以太网接口、LAN3以太网接口、LAN2以太网接口以及LAN4以太网接口均为以太网光接口，所述掉电直通开关为由若干个光开关组成的切换矩阵。

6.根据权利要求4或5所述的一种线路切换器，其特征在于，所述切换模块还包括切换状态显示模块和用于手动开启软直通的手动复位按钮，所述切换状态显示模块包括掉电直通指示灯、主用网络设备直通指示灯、备用网络设备直通指示灯、软直通指示灯、运行灯以及复位按钮开启指示灯。

7.根据权利要求6所述的一种线路切换器，其特征在于，所述切换模块设有四个。

8.根据权利要求1所述的一种线路切换器，其特征在于，所述双电源模块包括两组供电电源、两个电源接口以及两个电源开关，每组供电电源可为AV220 V /DC48V。

9.根据权利要求1所述的一种线路切换器，其特征在于，还包括一用于与所述切换模块通信、并进行通信控制的控制器，所述控制器与所述切换模块连接，所述控制器包括用于与主用网络设备连接的Eth1以太网接口、用于与备用网络设备连接的Eth2以太网接口、用于供第三方仲裁、监控设备连接的Eth3以太网接口以及至少一个预留以太网接口。

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