CN209930261U - 支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路 - Google Patents

Abstract

一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，该旁路功能电路包括CPU芯片、第一光模块、第二光模块、电源输入监测模块、光路切换单元、第一光接口和第二光接口，所述电源输入监测模块与电路的电源模块相连接，所述第一光接口和第二光接口是对外使用的接口，所述第一光模块、第二光模块、电源输入监测模块、光路切换单元均与CPU芯片相连接；所述CPU芯片端具有两个端口PORT1和PORT2，所述端口PORT1与第一光模块相连接，所述PORT2端口与第二光模块相连接，且所述第一光模块通过光路切换单元与第一光接口相连，所述第二光模块通过光路切换单元与第二光接口相连。

Description

支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路

技术领域

本实用新型涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路。

背景技术

目前大多数工业现场在采用光纤设备传输信号时，会将设备以环形拓扑和总线拓扑结构进行连接从而实现远距离传输或中继，例如：道路监控、管廊监控等，但是设备在启动过程或某一台发生系统故障、死机、掉电时，连接该设备两端的设备将无法进行通信。如果要求各个设备彼此还需要处于连通状态，就必须使用旁路功能电路(即BYPASS)。旁路功能电路是解决直路设备安全的最佳方法，BYPASS是一种基于物理链路的保护方式，物理链路通常有两种工作状态，一种是正常工作状态，另一种是旁路状态BYPASS。

现有技术公开了一种BYPASS实现方法、设备和系统(申请号：201010619821.5)，该发明的方法包括：在正常传输模式下，BYPASS设备的第一端口切换到与被保护设备的输入端口的端口类型相同的端口，将下行数据传输至所述被保护设备；BYPASS设备的第二端口切换到与所述被保护设备的输出端口的端口类型相同的端口，接收来自所述被保护设备的数据，并将所述接收的数据输出，其中，所述端口类型包括电端口和光端口；在BYPASS传输模式下，所述BYPASS设备将接收到的下行数据直接输出。

现有技术还公开了一种汇聚型Bypass断点续传工业交换机(申请号：201822046859.2)，该实用新型包括机箱、设置在机箱内的芯片、光开关和分别设置在机箱上的电源接口、Bypass光纤接口A1、Bypass光纤接口A2、Console口、RS-232输入接口、多个以太网信号输入接口、多个光纤接口B1、多个光纤接口B2，以及由光开关和Bypass激光信号传递元件组成断点续传回路。

在现有的旁路功能电路(Bypass)可以实现设备掉电时线路切换，但是当出现更为复杂的情况，例如设备启动过程、没掉电但是系统故障、死机、丢包严重或者人为的想跳过该设备时则无法实现线路切换功能。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，利用该旁路功能电路，当设备的启动过程、系统故障及死机、掉电不能正常工作时，会自动跳过该故障设备以恢复整个系统的通信，特别是在设备启动过程实现Bypass，系统启动完成立即切换，最大限度的减小设备启动过程对整个网络通信的影响。

本实用新型的另一个目的是为采用环形拓扑和总线拓扑结构的工业现场系统提供一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，利用该旁路功能电路，当设备启动过程、系统故障及死机、掉电不能正常工作时，会自动跳过该故障设备以恢复整个系统的通信，支持光开关延迟20ms以上切换时间，使故障设备有足够的时间向外部设备发出掉电故障告警信息，减小在设备启动过程、系统故障及死机或无法正常供电时对工业现场造成的损失。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：

一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于其包括CPU芯片、第一光模块、第二光模块、电源输入监测模块、光路切换单元、第一光接口和第二光接口，所述电源输入监测模块与电路的电源模块相连接，所述第一光接口和第二光接口是对外使用的接口，所述第一光模块、第二光模块、电源输入监测模块、光路切换单元均与CPU芯片相连接；所述CPU芯片端具有两个端口PORT1和PORT2，所述端口PORT1与第一光模块相连接，所述PORT2端口与第二光模块相连接，且所述第一光模块通过光路切换单元与第一光接口相连，所述第二光模块通过光路切换单元与第二光接口相连。

光模块(optical module)由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分光，模块的作用就是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。

进一步，所述光路切换单元为光开关或者光分路器或者光开光与光分路器的组合。光分路器又称分光器，是光纤链路中重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件；光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作，可以完成两种连接状态，即平行连接和交叉连接，进而实现系统的旁路功能状态与正常工作状态的连接与通信。

进一步，所述光路切换单元为4X4型，所述光路切换单元包括端口2、端口P2、端口P3、端口3组成的第一端和端口P4、端口4、端口1、端口P1组成的第二端，所述光路切换单元的第一端分别与第一光模块和第一光接口相连，所述光路切换单元的第二端分别与第二光模块和第二光接口相连。

进一步，所述第一光模块的TX端与光路切换单元的端口P2相连，所述第一光模块的RX端与光路切换单元的端口2相连，所述第二光模块的TX端与光路切换单元的端口4相连，所述第二光模块的RX端与光路切换单元的端口P4相连接。

进一步，所述第一光接口的TX端与光路切换单元的端口3相连，所述第一光接口的RX端与光路切换单元的端口P3相连，所述第二光接口的TX端与光路切换单元的端口P1相连，所述第二光接口的RX端与光路切换单元的端口1相连。

进一步，所述电源输入监测模块支持交流220V输入端监测和直流12～48V输入端监测。所述电源监测模块属于现有技术，电源输入监测模块是通过检测输入端220V或12v～48V端的电压跌落情况，再通过比较器传递到CPU芯片，CPU芯片检测到本设备供电不正常、系统故障及死机或人为根据需要设置控制信号后会向外部设备发出掉电故障告警信息。

进一步，所旁路功能电路还包括延时模块，所述延时模块分别与CPU芯片和光路切换单元相连接，电源输入监测模块监测到故障设备掉电后将信息传输至CPU芯片，CPU芯片发出控制信号至延时模块，延时模块延时控制光路切换单元的切换。延时模块是现有技术，是利用电容的充放电原理，通过开关独立于光路切换单元电源供电管脚实现的，且不受系统其它单元电源电压的影响。延时模块可控制光路切换单元延迟20ms以上切换时间，且所述切换时间可以根据实际需求进行微调，使故障设备有足够的时间向外部设备发出掉电故障告警信息。

进一步，所述第一光接口和第二光接口为任意一种供工业现场通信使用的光口连接器，包括FC接口、ST接口、SC接口和LC接口。

进一步，所述第一光模块和第二光模块为单模光模块或者多模光模块，所述第一光模块、第二光模块、光路切换器、第一光接口和第二光接口之间连接的光纤为单纤光纤线或双纤光纤线。

该旁路功能电路的控制方法包括：

S1：电源供电正常在设备启动过程中，CPU芯片的控制信号控制第一光模块和第二光模块均不发光，同时控制信号控制光路切换单元处于断电状态，光路切换单元的端口1-3、P1-P3导通，使得第一光接口和第二光接口在物理链路上直接导通；

系统启动完成后，控制信号控制第一光模块和第二光模块发光，同步开启光路切换单元，此时光路切换单元的端口2-3、P2-P3导通，1-4、P1-P4导通，对外提供第一光接口和第二光接口的两路光接口；

即CPU端的2个端口PORT1和PORT2分别通过光模块1和光模块2产生光后连接到光路切换单元的端口2-P2、P4-4，同时光路切换单元的端口P3-3、1-P1连接，第一光接口和第二光接口作为对外使用的接口；

S2：当电源供电不正常、系统故障及死机或人为根据需要设置控制信号时，CPU芯片、第一光模块和第二光模块不工作，延时模块在电源输入监测模块监测到故障设备掉电后，可确保光开关延迟20ms以上切换时间(该切换时间可根据需要微调)，使故障设备有足够的时间向外部设备发出掉电、故障的告警信息，20ms后光路切换单元的端口1-3、P1-P3导通，使得光接口1和光接口2物理链路上直接导通，跳过该设备保证整个通信链路不因该设备异常而中断；

S3：当电源供电正常或人为根据需要设置控制信号时，CPU芯片、第一光模块和第二光模块正常工作，光路切换单元的端口2-3、P2-P3导通，1-4、P1-P4导通，对外提供第一光接口和第二光接口的两路光接口。

本实用新型的优势在于：该旁路功能电路的结构简单、切换实现方式简便，当设备的启动过程、系统故障及死机、掉电不能正常工作时，会自动跳过该故障设备以恢复整个系统的通信，特别是在设备启动过程实现Bypass，系统启动完成立即切换，最大限度的减小设备启动过程对整个网络通信的影响。

利用该旁路功能电路，当设备启动过程、系统故障及死机、掉电不能正常工作时，会自动跳过该故障设备以恢复整个系统的通信，支持光开关延迟20ms以上切换时间，使故障设备有足够的时间向外部设备发出掉电故障告警信息，减小在设备启动过程、系统故障及死机或无法正常供电时对工业现场造成的损失。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例中的旁路功能电路的示意图。

图2为本实用新型具体实施例中系统供电正常正常时的光路切换单元的端口连接示意图。

图3为本实用新型具体实施例中系统供电异常或启动过程中的光路切换单元的端口连接示意图。

图4为本实用新型具体实施例中系统设备供电正常时的电路连接示意图。

图5为本实用新型具体实施例中系统设备供电异常或启动过程中的电路连接示意图。

图6为本实用新型具体实施例中当光模块为单模单纤时，支持2组Bypass功能的实现方式示意图。

图7为本实用新型具体实施例中当光模块为单模双纤时，支持1组Bypass功能的实现方式示意图。

图8为本实用新型具体实施例中的旁路功能电路在环形拓扑结构的工业现场应用的示意图。

图9为本实用新型具体实施例中的旁路功能电路在总线拓扑结构的工业现场应用的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。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1-7。

一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于其包括CPU芯片、第一光模块、第二光模块、电源输入监测模块、光路切换单元、第一光接口和第二光接口，所述电源输入监测模块与电路的电源模块相连接，所述第一光接口和第二光接口是对外使用的接口，所述第一光模块、第二光模块、电源输入监测模块、光路切换单元均与CPU芯片相连接；所述CPU芯片端具有两个端口PORT1和PORT2，所述端口PORT1与第一光模块相连接，所述PORT2端口与第二光模块相连接，且所述第一光模块通过光路切换单元与第一光接口相连，所述第二光模块通过光路切换单元与第二光接口相连。

在本实施例中，所述光路切换单元为光开关或者光分路器或者光开光与光分路器的组合。光分路器又称分光器，是光纤链路中重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件；光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作，可以完成两种连接状态，即平行连接和交叉连接，进而实现系统的旁路功能状态与正常工作状态的连接与通信。

在本实施例中，所述光路切换单元为4X4型，所述光路切换单元包括端口2、端口P2、端口P3、端口3组成的第一端和端口P4、端口4、端口1、端口P1组成的第二端，所述光路切换单元的第一端分别与第一光模块和第一光接口相连，所述光路切换单元的第二端分别与第二光模块和第二光接口相连。

在本实施例中，所述第一光模块的TX端与光路切换单元的端口P2相连，所述第一光模块的RX端与光路切换单元的端口2相连，所述第二光模块的TX端与光路切换单元的端口4相连，所述第二光模块的RX端与光路切换单元的端口P4相连接。

在本实施例中，所述第一光接口的TX端与光路切换单元的端口3相连，所述第一光接口的RX端与光路切换单元的端口P3相连，所述第二光接口的TX端与光路切换单元的端口P1相连，所述第二光接口的RX端与光路切换单元的端口1相连。

在本实施例中，所述电源输入监测模块支持交流220V输入端监测和直流12～48V输入端监测。所述电源监测模块属于现有技术，电源输入监测模块是通过检测输入端220V或12v～48V端的电压跌落情况，再通过比较器传递到CPU芯片，CPU芯片检测到本设备供电不正常、系统故障及死机或人为根据需要设置控制信号后会向外部设备发出掉电故障告警信息。

在本实施例中，所旁路功能电路还包括延时模块，所述延时模块分别与CPU芯片和光路切换单元相连接，电源输入监测模块监测到故障设备掉电后将信息传输至CPU芯片，CPU芯片发出控制信号至延时模块。延时模块是现有技术，是利用电容的充放电原理，通过开关独立于光路切换单元电源供电管脚实现的，且不受系统其它单元电源电压的影。延时模块可控制光路切换单元延迟20ms以上切换时间，且所述切换时间可以根据实际需求进行微调，使故障设备有足够的时间向外部设备发出掉电故障告警信息。

在本实施例中，所述第一光接口和第二光接口为任意一种供工业现场通信使用的光口连接器，包括FC接口、ST接口、SC接口和LC接口。

在本实施例中，所述第一光模块和第二光模块为单模光模块或者多模光模块，所述第一光模块、第二光模块、光路切换器、第一光接口和第二光接口之间连接的光纤为单纤光纤线或双纤光纤线。

该旁路功能电路的控制方法包括：

S1：电源供电正常在设备启动过程中，CPU芯片的控制信号控制第一光模块和第二光模块均不发光，同时控制信号控制光路切换单元处于断电状态，光路切换单元的端口1-3、P1-P3导通，使得第一光接口和第二光接口在物理链路上直接导通；

系统启动完成后，控制信号控制第一光模块和第二光模块发光，同步开启光路切换单元，此时光路切换单元的端口2-3、P2-P3导通，1-4、P1-P4导通，对外提供第一光接口和第二光接口的两路光接口；即CPU端的2个端口PORT1和PORT2分别通过光模块1和光模块2产生光后连接到光路切换单元的端口2-P2、P4-4，同时光路切换单元的端口P3-3、1-P1连接，第一光接口和第二光接口作为对外使用的接口；

S2：当电源供电不正常、系统故障及死机或人为根据需要设置控制信号时，CPU芯片、第一光模块和第二光模块不工作，延时模块在电源输入监测模块监测到故障设备掉电后，可确保光开关延迟20ms以上切换时间(该切换时间可根据需要微调)，使故障设备有足够的时间向外部设备发出掉电、故障的告警信息，20ms后光路切换单元的端口1-3、P1-P3导通，使得光接口1和光接口2物理链路上直接导通，跳过该设备保证整个通信链路不因该设备异常而中断；

S3：当电源供电正常或人为根据需要设置控制信号时，CPU芯片、第一光模块和第二光模块正常工作，光路切换单元的端口2-3、P2-P3导通，1-4、P1-P4导通，对外提供第一光接口和第二光接口的两路光接口。

参照图8-9，为该旁路功能电路在实际工业现场中的应用。

工业现场中，如若某管廊监控系统工程安装了若干摄像头，摄像头采集视频信息后传递到光通信设备，光通信设备以环形拓扑或总线拓扑结构最终将信号传递到监控控制室的服务器上。

如果该批设备的光接口不具备旁路功能电路(Bypass功能)，当系统中的某一台设备突然掉电不能正常工作时，比如第二个光通信设备掉电，则第二个光通信设备与后面的设备之间的连接中断，则控制室将无法收到第二个光通信设备以及后面所有设备采集的数据，整个系统全部瘫痪。

如果该批设备的第一光接口和第二光接口均具备Bypass功能，当系统中的某一台设备突然掉电或者该设备因故障导致通信数据不正常，不能正常工作时，比如第二个光通信设备掉电、启动过程、系统故障、死机、严重丢包或者人为根据需要设置控制信号时，该设备的第一光接口和第二光接口会自动导通，相当于第一个光通信设备与第三个光通信设备相连，仅有第二个光通信设备所连接的摄像头数据无法采集，其他数据不受影响，整个系统将不受中间节点的约束继续正常工作。

本实用新型的优势在于：该旁路功能电路的结构简单、切换实现方式简便，当设备的启动过程、系统故障及死机、掉电不能正常工作时，会自动跳过该故障设备以恢复整个系统的通信，特别是在设备启动过程实现Bypass，系统启动完成立即切换，最大限度的减小设备启动过程对整个网络通信的影响。

利用该旁路功能电路，当设备启动过程、系统故障及死机、掉电不能正常工作时，会自动跳过该故障设备以恢复整个系统的通信，支持光开关延迟20ms以上切换时间，使故障设备有足够的时间向外部设备发出掉电故障告警信息，减小在设备启动过程、系统故障及死机或无法正常供电时对工业现场造成的损失。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于其包括CPU芯片、第一光模块、第二光模块、电源输入监测模块、光路切换单元、第一光接口和第二光接口，所述电源输入监测模块与电路的电源模块相连接，所述第一光接口和第二光接口是对外使用的接口，所述第一光模块、第二光模块、电源输入监测模块、光路切换单元均与CPU芯片相连接；所述CPU芯片端具有两个端口PORT1和PORT2，所述端口PORT1与第一光模块相连接，所述PORT2端口与第二光模块相连接，且所述第一光模块通过光路切换单元与第一光接口相连，所述第二光模块通过光路切换单元与第二光接口相连。

2.如权利要求1所述的一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于所述光路切换单元为光开关或者光分路器或者光开光与光分路器的组合。

3.如权利要求1所述的一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于所述光路切换单元为4X4型，所述光路切换单元包括端口2、端口P2、端口P3、端口3组成的第一端和端口P4、端口4、端口1、端口P1组成的第二端，所述光路切换单元的第一端分别与第一光模块和第一光接口相连，所述光路切换单元的第二端分别与第二光模块和第二光接口相连。

4.如权利要求3所述的一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于所述第一光模块的TX端与光路切换单元的端口P2相连，所述第一光模块的RX端与光路切换单元的端口2相连，所述第二光模块的TX端与光路切换单元的端口4相连，所述第二光模块的RX端与光路切换单元的端口P4相连接。

5.如权利要求4所述的一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于所述第一光接口的TX端与光路切换单元的端口3相连，所述第一光接口的RX端与光路切换单元的端口P3相连，所述第二光接口的TX端与光路切换单元的端口P1相连，所述第二光接口的RX端与光路切换单元的端口1相连。

6.如权利要求1所述的一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于所述电源输入监测模块支持交流220V输入端监测和直流12-48V输入端监测。

7.如权利要求1所述的一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于所旁路功能电路还包括延时模块，所述延时模块分别与CPU芯片和光路切换单元相连接，电源输入监测模块监测到故障设备掉电后将信息传输至CPU芯片，CPU芯片发出控制信号至延时模块，延时模块延时控制光路切换单元的切换。

8.如权利要求1所述的一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于所述第一光接口和第二光接口为任意一种供工业现场通信使用的光口连接器，包括FC接口、ST接口、SC接口和LC接口。

9.如权利要求1所述的一种支持系统启动过程、故障及死机的旁路功能电路，其特征在于所述第一光模块和第二光模块为单模光模块或者多模光模块，所述第一光模块、第二光模块、光路切换器、第一光接口和第二光接口之间连接的光纤为单纤光纤线或双纤光纤线。

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