專利名稱：Ip碼流熱備份切換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字前端設(shè)備，具體涉及一種利用千兆IP設(shè)備傳輸數(shù)字電視碼流的數(shù)字電視前端設(shè)備雙機(jī)熱備份切換器。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字電視、三網(wǎng)融合等技術(shù)的發(fā)展，一個數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)需要傳輸?shù)墓?jié)目數(shù)量和總帶寬比以前有了成倍的增加。如果依舊采用傳統(tǒng)的異步串行接口(ASI)在信源設(shè)備，碼流復(fù)用和加擾設(shè)備以及調(diào)制設(shè)備之間傳輸數(shù)字電視碼流，由于受到ASI物理帶寬216Mbps 上限的限制，會出現(xiàn)設(shè)備體積龐大、外部接口數(shù)量和設(shè)備數(shù)量太多的問題。為了解決這一瓶頸，數(shù)字電視前端設(shè)備廠商現(xiàn)在普遍采用了利用千兆IP設(shè)備傳輸數(shù)字電視碼流。IP化數(shù)字電視前端設(shè)備可應(yīng)用于廣播和視頻點播(VOD)領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求很高，需要整個系統(tǒng)能夠7* 小時穩(wěn)定可靠運行，即傳輸?shù)浇K端用戶的碼流不得出現(xiàn)任何中斷和丟包。因此在實際部署系統(tǒng)時，都會要求其核心碼流處理設(shè)備采用雙機(jī)熱備份。這就要求主、備用設(shè)備都能同時接收到信源設(shè)備傳來的信號。目前有兩種實現(xiàn)方法實現(xiàn)雙機(jī)熱備。第一種方式，在物理上采用兩套完整的系統(tǒng)， 包括核心交換機(jī)。這種方式系統(tǒng)所采用的設(shè)備數(shù)量很多，成本較高，同時系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也很復(fù)雜。第二種方式借助于交換機(jī)的組播功能來實現(xiàn)，所有信源設(shè)備將信息流通過組播方式發(fā)給核心處理設(shè)備。這要求核心交換機(jī)支持組播，而所有的信源設(shè)備都通過組播發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣其應(yīng)用場景會收到一些限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種IP碼流熱備份切換器，將來自千兆以太網(wǎng)的實時數(shù)字電視碼流數(shù)據(jù)，在備份切換開關(guān)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)路由和交換處理，使得在不需要應(yīng)用新的MAC地址和IP地址的情況下，以及在單播、組播和廣播模式下，均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主機(jī)和備機(jī)之間進(jìn)行靈活切換，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種IP碼流熱備份切換器，所述的切換器包括高速數(shù)字信號處理邏輯單元和多個千兆以太網(wǎng)接口，多個千兆以太網(wǎng)接口中，至少包括一個一級數(shù)據(jù)輸入端口和兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口 ；一級數(shù)據(jù)輸入端口用網(wǎng)線連接到輸入端交換機(jī)上，用來接收信源設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)，兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口一個為第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主機(jī)輸出端口，另一個為第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的備機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端口，而兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口分別通過網(wǎng)線連接到對輸入碼流進(jìn)行第一級處理的設(shè)備主機(jī)和備機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端口，切換器的千兆以太網(wǎng)接口還包括至少一個監(jiān)控端口，監(jiān)控端口通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控用交換機(jī)，并通過監(jiān)控用交換機(jī)與各個核心數(shù)據(jù)處理設(shè)備的管理端口實現(xiàn)連接，用來收集各個外接核心碼流處理設(shè)備的工作狀態(tài)；所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元與各個千兆以太網(wǎng)接口進(jìn)行信號連接，負(fù)責(zé)處理 IP數(shù)據(jù)信號并根據(jù)監(jiān)控協(xié)議，得知各級設(shè)備的主機(jī)和備機(jī)是否工作正常，需要時，則進(jìn)行主、備機(jī)切換，以及內(nèi)部的數(shù)據(jù)路由邏輯控制，再將切換信號發(fā)送給射頻切換器的控制端。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是
所述的千兆以太網(wǎng)接口中，僅包括一級數(shù)據(jù)輸入端口和一級數(shù)據(jù)輸出端口，所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元包括千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層處理邏輯模塊、一級路由邏輯模塊、 監(jiān)控邏輯模塊、射頻切換控制端口 ；
其中，一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從一級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到其內(nèi)部的接收FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制；一級數(shù)據(jù)路由邏輯將來自主用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)回送到一級數(shù)據(jù)輸入端口的TX 腳，而將來自備用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)丟棄；這樣做是為了保證輸入端交換機(jī)只能接收到主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的ARP應(yīng)答和IGMP包，以避免地址解析沖突，
監(jiān)控邏輯模塊通過監(jiān)控端口獲得各個核心數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，定時地向數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送狀態(tài)查詢數(shù)據(jù)包(心跳和狀運行態(tài)查詢，可以采用私有協(xié)議，也可以采用諸如 SNMP的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備管理協(xié)議)，通過解析設(shè)備回傳的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，以及是否出現(xiàn)應(yīng)答超時，監(jiān)控邏輯模塊可以得知一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主用設(shè)備和備用設(shè)備是否工作正常，監(jiān)控邏輯模塊根據(jù)主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的工作狀態(tài)是正常還是異常，控制一級數(shù)據(jù)路由邏輯中的一級數(shù)據(jù)開關(guān)選擇連接主用還是備用端口；
射頻切換控制端口與射頻切換器的控制端相連，負(fù)責(zé)將切換信號輸出。本發(fā)明還可以是
所述的多個千兆以太網(wǎng)接口包括一級數(shù)據(jù)輸入、輸出端口和二級數(shù)據(jù)輸入、輸出端口 ； 二級數(shù)據(jù)輸入端口有兩個，分別用網(wǎng)線連接到主用和備用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出端口，二級數(shù)據(jù)輸出端口也有兩個，分別用網(wǎng)線連接主用和備用二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入端口。更進(jìn)一步的所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元包括千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層處理邏輯模塊、一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊、二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊、監(jiān)控邏輯模塊、射頻切換控制端□；
其中，一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從一級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到其內(nèi)部的接收FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制；一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將來自主用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)回送到一級數(shù)據(jù)輸入端口的 TX腳，而將來自備用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)丟棄；這樣做是為了保證輸入端交換機(jī)只能接收到主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的ARP應(yīng)答和IGMP包，以避免地址解析沖突，
二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從主用二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到接收 FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個二級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制，而將從備用二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)丟棄；將來自主用二級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)緩存到接收FIFO中，并回送到主、備二級數(shù)據(jù)輸入端口的TX腳；這樣做即可保證主、備二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備能同時收到主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，而又不出現(xiàn)地址沖突。監(jiān)控邏輯模塊通過監(jiān)控端口獲得各級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，定時地向數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送狀態(tài)查詢數(shù)據(jù)包，同時可以得知一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備和二級數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)備的主用設(shè)備和備用設(shè)備是否工作正常，監(jiān)控邏輯模塊根據(jù)主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備和二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的工作狀態(tài)是正常還是異常，控制一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的一級數(shù)據(jù)開關(guān)和二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的一級、二級數(shù)據(jù)開關(guān)選擇連接主用還是備用端口 ； 射頻切換控制端口與射頻切換器的控制端相連，負(fù)責(zé)將切換信號輸出。所述的每個千兆以太網(wǎng)接口由連接端子、放大器和物理層電路構(gòu)成，切換器的所有數(shù)據(jù)端口工作在物理層和MAC層，物理層的處理通過千兆以太網(wǎng)的物理層專用芯片完成，MAC層處理可通過FPGA或DSP完成，物理層和MAC之間通過GMII接口進(jìn)行連接，切換器的各個千兆以太網(wǎng)接口均設(shè)有MAC地址和IP地址。所述的監(jiān)控邏輯模塊包括數(shù)據(jù)收發(fā)FIFO、設(shè)備狀態(tài)解析器、設(shè)備狀態(tài)查詢包發(fā)生器、設(shè)備地址列表。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
采用基于本設(shè)計實現(xiàn)的IP碼流熱備份切換器來構(gòu)建IP化數(shù)字電視設(shè)備的雙機(jī)熱備系統(tǒng)時，只需要核心碼流處理設(shè)備有雙機(jī)同時工作，不需交換機(jī)級別的備份。它對碼流格式是單播還是組播沒有特殊要求，它可以實現(xiàn)單播、組播或廣播方式的數(shù)字電視碼流在主備用設(shè)備之間的切換。它可以盡量簡化主、備系統(tǒng)之間的連接方式，方便系統(tǒng)的安裝維護(hù)。它能夠主動監(jiān)測主、備設(shè)備的工作狀態(tài)，在某個設(shè)備出現(xiàn)工作異常時能自動將該設(shè)備相關(guān)的信號鏈路切換到備用設(shè)備，無須手工干預(yù)。它在主、備用設(shè)備鏈路某個、某些設(shè)備出現(xiàn)故障時， 能自動根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)湓趦?nèi)部進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)路由，盡量重建完整的數(shù)據(jù)鏈路，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出不中斷。只有在設(shè)備故障特別嚴(yán)重以至于無法重構(gòu)完整的數(shù)據(jù)鏈路時，系統(tǒng)輸出才會中斷。提出了一種外置的IP碼流熱備份切換器的設(shè)計思路。它解決了現(xiàn)在的IP碼流設(shè)備雙機(jī)熱備份實現(xiàn)方式中系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高、對核心交換機(jī)有著特殊要求的缺點，為IP 化數(shù)字電視前端的雙機(jī)熱備提供了一種簡單易行的實現(xiàn)方法。


圖1為本發(fā)明切換器的原理框圖2為本發(fā)明切換器的一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊圖； 圖3為本發(fā)明切換器的二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊圖； 圖4為本發(fā)明切換器的監(jiān)控邏輯模塊圖； 圖5為本發(fā)明應(yīng)用優(yōu)選實施例的具體運用原理框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。實施1
一種IP碼流熱備份切換器，所述的切換器包括高速數(shù)字信號處理邏輯單元和多個千兆以太網(wǎng)接口，所述的多個千兆以太網(wǎng)接口中，僅有一個一級數(shù)據(jù)輸入端口和兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口 ；一級數(shù)據(jù)輸入端口用網(wǎng)線連接到輸入端交換機(jī)上，用來接收信源設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)，兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口一個為第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主機(jī)輸出端口，另一個為第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的備機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端口，而兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口分別通過網(wǎng)線連接到對輸入碼流進(jìn)行第一級處理的設(shè)備主機(jī)和備機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端口，切換器的千兆以太網(wǎng)接口還包括一個監(jiān)控端口，監(jiān)控端口通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控用交換機(jī)，并通過監(jiān)控用交換機(jī)與各個核心數(shù)據(jù)處理設(shè)備的管理端口實現(xiàn)連接，用來收集各個外接核心碼流處理設(shè)備的工作狀態(tài)；所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元與各個千兆以太網(wǎng)接口進(jìn)行信號連接，負(fù)責(zé)處理IP 數(shù)據(jù)信號并根據(jù)監(jiān)控協(xié)議，得知各級設(shè)備的主機(jī)和備機(jī)是否工作正常，需要時，則進(jìn)行主、 備機(jī)切換，以及內(nèi)部的數(shù)據(jù)路由邏輯控制，再將切換信號發(fā)送給射頻切換器的控制端。具體來說，高速數(shù)字信號處理邏輯單元包括千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層處理邏輯模塊、一級路由邏輯模塊、監(jiān)控邏輯模塊、射頻切換控制端口 ；
其中，一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從一級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到其內(nèi)部的接收FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制；一級數(shù)據(jù)路由邏輯將來自主用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)回送到一級數(shù)據(jù)輸入端口的TX 腳，而將來自備用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)丟棄；這樣做是為了保證輸入端交換機(jī)只能接收到主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的ARP應(yīng)答和IGMP包，以避免地址解析沖突，監(jiān)控邏輯模塊通過監(jiān)控端口獲得各個核心數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，定時地向數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送狀態(tài)查詢數(shù)據(jù)包(心跳和狀運行態(tài)查詢，可以采用私有協(xié)議，也可以采用諸如SNMP的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備管理協(xié)議)，通過解析設(shè)備回傳的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，以及是否出現(xiàn)應(yīng)答超時，監(jiān)控邏輯模塊可以得知一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主用設(shè)備和備用設(shè)備是否工作正常，監(jiān)控邏輯模塊根據(jù)主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的工作狀態(tài)是正常還是異常，控制一級數(shù)據(jù)路由邏輯中的一級數(shù)據(jù)開關(guān)選擇連接主用還是備用端口 ；射頻切換控制端口與射頻切換器的控制端相連，負(fù)責(zé)將切換信號輸出。所述的每個千兆以太網(wǎng)接口由連接端子、放大器和物理層電路構(gòu)成，切換器的所有數(shù)據(jù)端口工作在物理層和MAC層，物理層的處理通過千兆以太網(wǎng)的物理層專用芯片完成，MAC層處理可通過FPGA或DSP完成，物理層和MAC之間通過GMII接口進(jìn)行連接，切換器的各個千兆以太網(wǎng)接口均設(shè)有MAC地址和IP地址。監(jiān)控邏輯模塊則包括數(shù)據(jù)收發(fā)FIFO、 設(shè)備狀態(tài)解析器、設(shè)備狀態(tài)查詢包發(fā)生器、設(shè)備地址列表。
實施例2
如圖1所示，一種IP碼流熱備份切換器，所述的切換器包括高速數(shù)字信號處理邏輯單元和多個千兆以太網(wǎng)接口，所述的多個千兆以太網(wǎng)接口中，有一個一級數(shù)據(jù)輸入端口和兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口、二個二級數(shù)據(jù)輸入端口、和二個二級數(shù)據(jù)輸出端口 ；一級數(shù)據(jù)輸入端口用網(wǎng)線連接到輸入端交換機(jī)上，用來接收信源設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)，兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口一個為第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主機(jī)輸出端口，另一個為第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的備機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端口，而兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口分別通過網(wǎng)線連接到對輸入碼流進(jìn)行第一級處理的設(shè)備主機(jī)和備機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端口，二級數(shù)據(jù)輸入端口用來接收第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，分別用網(wǎng)線連接到主用和備用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出端口，二級數(shù)據(jù)輸出端口分別用網(wǎng)線連接主用和備用二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入端口。切換器的千兆以太網(wǎng)接口還包括一個監(jiān)控端口，監(jiān)控端口通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控用交換機(jī)，并通過監(jiān)控用交換機(jī)與各個核心數(shù)據(jù)處理設(shè)備的管理端口實現(xiàn)連接，用來收集各個外接核心碼流處理設(shè)備的工作狀態(tài)；所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元與各個千兆以太網(wǎng)接口進(jìn)行信號連接，負(fù)責(zé)處理IP 數(shù)據(jù)信號并根據(jù)監(jiān)控協(xié)議，得知各級設(shè)備的主機(jī)和備機(jī)是否工作正常，需要時，則進(jìn)行主、 備機(jī)切換，以及內(nèi)部的數(shù)據(jù)路由邏輯控制，再將切換信號發(fā)送給射頻切換器的控制端。
在本實施例中，所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元具體包括千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層處理邏輯模塊、一級路由邏輯模塊、二級路由邏輯模塊、監(jiān)控邏輯模塊、射頻切換控制端口 ；其中，如圖2所示，一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從一級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到其內(nèi)部的接收FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制；一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將來自主用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)回送到一級數(shù)據(jù)輸入端口的TX腳，而將來自備用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)丟棄；這樣做是為了保證輸入端交換機(jī)只能接收到主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的ARP應(yīng)答和IGMP包，以避免地址解析沖突。二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從主用二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到接收 FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個二級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制，而將從備用二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)丟棄；將來自主用二級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)緩存到接收FIFO中，并回送到主、備二級數(shù)據(jù)輸入端口的TX腳；這樣做即可保證主、備二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備能同時收到主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，而又不出現(xiàn)地址沖突。監(jiān)控邏輯模塊(如圖4、5所示)通過監(jiān)控端口獲得各級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，定時地向數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送狀態(tài)查詢數(shù)據(jù)包，同時可以得知一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備和二級數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)備的主用設(shè)備和備用設(shè)備是否工作正常，監(jiān)控邏輯模塊根據(jù)主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備和二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的工作狀態(tài)是正常還是異常，控制一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的一級數(shù)據(jù)開關(guān)和二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的一級、二級數(shù)據(jù)開關(guān)選擇連接主用還是備用端口 ；射頻切換控制端口與射頻切換器的控制端相連，負(fù)責(zé)將切換信號輸出。上述的每個千兆以太網(wǎng)接口由連接端子、放大器和物理層電路構(gòu)成，切換器的所有數(shù)據(jù)端口工作在物理層和MAC層，物理層的處理通過千兆以太網(wǎng)的物理層專用芯片完成，MAC層處理可通過FPGA或DSP完成，物理層和MAC之間通過GMII接口進(jìn)行連接，切換器的各個千兆以太網(wǎng)接口均設(shè)有MAC地址和IP地址。上述的監(jiān)控邏輯模塊包括數(shù)據(jù)收發(fā) FIFO、設(shè)備狀態(tài)解析器、設(shè)備狀態(tài)查詢包發(fā)生器、設(shè)備地址列表。下面再來敘述本發(fā)明的實現(xiàn)原理
數(shù)字電視前端設(shè)備之間的信號封裝格式均為TS Over UDP的方式。7個連續(xù)的傳輸流包(每個包長度為188字節(jié))被封裝成為一個UDP數(shù)據(jù)幀。一級數(shù)據(jù)輸入端口用來接收信源設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)，該端口用網(wǎng)線連接到輸入端交換機(jī)。在備份切換器內(nèi)部，這些數(shù)據(jù)被同時送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口 ；這兩個端口一個為主，一個為備用端口，分別通過網(wǎng)線連接到對輸入碼流進(jìn)行第一級處理的設(shè)備主機(jī)和備機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端口。第一級數(shù)據(jù)的備份切換可以理解為一個信號分配器。一級數(shù)據(jù)輸入端口用來接收信源設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)，該端口用網(wǎng)線連接到輸入端交換機(jī)。來自信源設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)被同時送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口 ；這兩個端口一個為主用，另一個為備用端口，分別通過網(wǎng)線連接到對數(shù)字電視碼流進(jìn)行第一級處理的設(shè)備(以下稱“一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備”)的主用設(shè)備和備用設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入端口。切換器的一級數(shù)據(jù)路由邏輯(如圖2)，將從一級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到接收FIFO (先入先出存儲器)中，然后同時發(fā)送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制；將來自主用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)回送到一級數(shù)據(jù)輸入端口的TX腳，而將來自備用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)丟棄；這樣做是為了保證輸入端交換機(jī)只能接收到主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的ARP應(yīng)答和IGMP包，以避免地址解析沖突。
如果系統(tǒng)的第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸出的仍然是IP數(shù)據(jù)，且需要將數(shù)據(jù)送到后級的數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步處理才能傳送到網(wǎng)絡(luò)，則可以在備份切換器中增加后級的數(shù)據(jù)輸入和輸出端口。二級數(shù)據(jù)輸入端口用來接收第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)。該端口有兩個，分別用網(wǎng)線連接到主用和備用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出端口。二級數(shù)據(jù)輸出端口也有兩個，分別用網(wǎng)線連接主用和備用二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入端口。切換器的二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊(如圖3所示)，將從主用二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到接收FIFO中，然后同時發(fā)送到兩個二級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制，而將從備用二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)丟棄；將來自主用二級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)緩存到接收FIFO中，并回送到主、備二級數(shù)據(jù)輸入端口的TX腳；這樣做即可保證主、備二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備能同時收到主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，而又不出現(xiàn)地址沖突。切換器的監(jiān)控端口通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控交換機(jī)，并與所有數(shù)據(jù)處理設(shè)備的管理端口實現(xiàn)連接。位于切換器內(nèi)部的監(jiān)控邏輯模塊，會定時地向所有的數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送狀態(tài)查詢數(shù)據(jù)包(心跳和狀運行態(tài)查詢，可以采用私有協(xié)議，也可以采用諸如SNMP的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備管理協(xié)議)，通過解析設(shè)備回傳的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，以及是否出現(xiàn)應(yīng)答超時，監(jiān)控邏輯模塊可以得知各級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主用設(shè)備和備用設(shè)備是否工作正常。監(jiān)控邏輯模塊根據(jù)主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的工作狀態(tài)是正常還是異常，控制一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的主、備一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX信號到一級數(shù)據(jù)輸入端口的TX信號的數(shù)據(jù)開關(guān)選擇連接主用還是備用端口，同時控制二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的主、備二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX信號到二級數(shù)據(jù)輸出端口的TX信號的數(shù)據(jù)開關(guān)(圖中開關(guān)B)選擇連接主用還是備用端口。監(jiān)控邏輯根據(jù)主用二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的工作狀態(tài)是正常還是異常，控制二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的主、備二級數(shù)據(jù)輸出端口的RX信號到二級數(shù)據(jù)輸入端口的TX信號的數(shù)據(jù)開關(guān)(圖中開關(guān)C)選擇連接主用還是備用端口。監(jiān)控邏輯由數(shù)據(jù)收發(fā)FIFO、設(shè)備狀態(tài)解析器、設(shè)備狀態(tài)查詢包發(fā)生器、設(shè)備地址列表等部分構(gòu)成(參見附圖4)。切換器的所有數(shù)據(jù)端口工作在物理層和MAC層。物理層的處理通過千兆以太網(wǎng)的物理層專用芯片完成，物理層和MAC之間通過千兆介質(zhì)無關(guān)接口(GMII)進(jìn)行連接。為了簡化操作，切換器的各個數(shù)據(jù)端口均沒有MAC地址和IP地址。
將本發(fā)明的優(yōu)化實施例2的具體應(yīng)用進(jìn)行敘述，參見附圖5。原始輸入的IP化數(shù)字電視碼流數(shù)據(jù)由各個信源類設(shè)備(衛(wèi)星/有線/地面/光網(wǎng)絡(luò)碼流接收機(jī)轉(zhuǎn)換器)通過數(shù)據(jù)輸入端交換機(jī)發(fā)送到切換器的一級數(shù)據(jù)輸入端口。這些數(shù)據(jù)分為單播和組播。單播數(shù)據(jù)通過UDP端口號，組播數(shù)據(jù)通過組播目的地址劃分為不同的傳輸流。切換器在主數(shù)據(jù)輸入端口和主、備一級數(shù)據(jù)輸出端口之間建立邏輯數(shù)據(jù)連接。其中與一級數(shù)據(jù)輸出端口的主用端口的連接是接收(Rx)和發(fā)送(Tx)信號對都連接構(gòu)成完整的鏈路；與一級數(shù)據(jù)輸出端口只有接收(Rx)信號對連接。注意哪個端口為主用一級數(shù)據(jù)輸出端口，是由切換器根據(jù)監(jiān)控結(jié)果自動判斷決定的。切換器的監(jiān)控網(wǎng)口通過設(shè)備監(jiān)控交換機(jī)連接主、備一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的管理端口。來自主、備用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的IP數(shù)據(jù)分別送到切換器的主、備二級數(shù)據(jù)輸入端口。在切換器內(nèi)部，主用二級數(shù)據(jù)輸入端口的數(shù)據(jù)被同時復(fù)制二級到主、備數(shù)據(jù)輸出端口。注意，哪個端口為主用二級數(shù)據(jù)輸出端口，也是由切換器根據(jù)監(jiān)控結(jié)果自動判斷決定的。系統(tǒng)最終將有某級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸出不是IP，而是射頻接口。這類設(shè)備通常為 IPQAM調(diào)制器。主、備用IPQAM的射頻輸出通過一個射頻切換開關(guān)輸出到光纖/同軸混合 (HFC)網(wǎng)絡(luò)中。射頻備份切換開關(guān)可以放置于切換器內(nèi)；也可以外置，通過某種通信協(xié)議(例如RS-232)接受切換器的控制。在監(jiān)測到某一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主用設(shè)備出現(xiàn)異常時，切換器在內(nèi)部對主、備數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行切換，切換操作包括1)將其前級設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)的路由由主機(jī)端口切換到備機(jī)端口，2)將該級設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入端口由主機(jī)端口切換到備機(jī)端口；3)如果出現(xiàn)故障的設(shè)備為最后一級設(shè)備且是射頻輸出的設(shè)備，則進(jìn)行射頻信號的主、備切換。
權(quán)利要求
1.一種IP碼流熱備份切換器，所述的切換器包括高速數(shù)字信號處理邏輯單元和多個千兆以太網(wǎng)接口，其特征在于所述的多個千兆以太網(wǎng)接口中，至少包括一個一級數(shù)據(jù)輸入端口和兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口 ；一級數(shù)據(jù)輸入端口用網(wǎng)線連接到輸入端交換機(jī)上，用來接收信源設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)，兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口一個為第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主機(jī)輸出端口，另一個為第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的備機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端口，而兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口分別通過網(wǎng)線連接到對輸入碼流進(jìn)行第一級處理的設(shè)備主機(jī)和備機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端口，切換器的千兆以太網(wǎng)接口還包括至少一個監(jiān)控端口，監(jiān)控端口通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控用交換機(jī)，并通過監(jiān)控用交換機(jī)與各個核心數(shù)據(jù)處理設(shè)備的管理端口實現(xiàn)連接，用來收集各個外接核心碼流處理設(shè)備的工作狀態(tài)；所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元與各個千兆以太網(wǎng)接口進(jìn)行信號連接，負(fù)責(zé)處理IP數(shù)據(jù)信號，并根據(jù)監(jiān)控協(xié)議得知各級設(shè)備的主機(jī)和備機(jī)是否工作正常，需要時，則進(jìn)行主、備機(jī)切換，以及內(nèi)部的數(shù)據(jù)路由邏輯控制，再將切換信號發(fā)送給射頻切換器的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IP碼流熱備份切換器，其特征在于所述的千兆以太網(wǎng)接口中，僅包括一級數(shù)據(jù)輸入端口和一級數(shù)據(jù)輸出端口，所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元包括千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層處理邏輯模塊、一級路由邏輯模塊、監(jiān)控邏輯模塊、射頻切換控制端□；其中，一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從一級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到其內(nèi)部的接收FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制；一級數(shù)據(jù)路由邏輯將來自主用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)回送到一級數(shù)據(jù)輸入端口的TX 腳，而將來自備用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)丟棄；監(jiān)控邏輯模塊通過監(jiān)控端口獲得一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主用設(shè)備和備用設(shè)備是否工作正常，監(jiān)控邏輯模塊根據(jù)主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的工作狀態(tài)是正常還是異常，控制一級數(shù)據(jù)路由邏輯中的一級數(shù)據(jù)開關(guān)選擇連接主用還是備用端口；射頻切換控制端口與射頻切換器的控制端相連，負(fù)責(zé)將切換信號輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IP碼流熱備份切換器，其特征在于所述的多個千兆以太網(wǎng)接口包括一級數(shù)據(jù)輸入、輸出端口和二級數(shù)據(jù)輸入、輸出端口 ；二級數(shù)據(jù)輸入端口用來接收第一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，該端口有兩個，分別用網(wǎng)線連接到主用和備用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出端口，二級數(shù)據(jù)輸出端口也有兩個，分別用網(wǎng)線連接主用和備用二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IP碼流熱備份切換器，其特征在于所述的高速數(shù)字信號處理邏輯單元包括千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層處理邏輯模塊、一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊、二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊、監(jiān)控邏輯模塊、射頻切換控制端口 ；其中，一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從一級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到其內(nèi)部的接收FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制；一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將來自主用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)回送到一級數(shù)據(jù)輸入端口的 TX腳，而將來自備用一級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)丟棄；二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊將從主用二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)緩存到接收 FIFO中，然后隨即發(fā)送到兩個二級數(shù)據(jù)輸出端口的TX腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制，而將從備用二級數(shù)據(jù)輸入端口的RX腳收到的數(shù)據(jù)丟棄；將來自主用二級數(shù)據(jù)輸出端口的RX腳的數(shù)據(jù)緩存到接收FIFO中，并回送到主、備二級數(shù)據(jù)輸入端口的TX腳；監(jiān)控邏輯模塊通過監(jiān)控端口獲得一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備和二級數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)備的主用設(shè)備和備用設(shè)備是否工作正常，監(jiān)控邏輯模塊根據(jù)主用一級數(shù)據(jù)處理設(shè)備和二級數(shù)據(jù)處理設(shè)備的工作狀態(tài)是正常還是異常，控制一級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的一級數(shù)據(jù)開關(guān)和二級數(shù)據(jù)路由邏輯模塊中的一級、二級數(shù)據(jù)開關(guān)選擇連接主用還是備用端口 ；射頻切換控制端口與射頻切換器的控制端相連，負(fù)責(zé)將切換信號輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IP碼流熱備份切換器，其特征在于所述的每個千兆以太網(wǎng)接口由連接端子、放大器和物理層電路構(gòu)成，切換器的所有數(shù)據(jù)端口工作在物理層和MAC 層，物理層的處理通過千兆以太網(wǎng)的物理層專用芯片完成，MAC層處理通過FPGA或DSP完成，物理層和MAC之間通過GMII接口進(jìn)行連接，切換器的各個千兆以太網(wǎng)接口均設(shè)有MAC 地址和IP地址。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的IP碼流熱備份切換器，其特征在于所述的監(jiān)控邏輯模塊包括數(shù)據(jù)收發(fā)FIFO、設(shè)備狀態(tài)解析器、設(shè)備狀態(tài)查詢包發(fā)生器、設(shè)備地址列表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IP碼流熱備份切換器，包括高速數(shù)字信號處理邏輯單元和多個千兆以太網(wǎng)接口，多個千兆以太網(wǎng)接口中至少包括一個一級數(shù)據(jù)輸入端口和兩個一級數(shù)據(jù)輸出端口還包括至少一個監(jiān)控端口，監(jiān)控端口用來收集各個外接核心碼流處理設(shè)備的工作狀態(tài)；高速數(shù)字信號處理邏輯單元負(fù)責(zé)處理IP數(shù)據(jù)信號并根據(jù)監(jiān)控協(xié)議，得知各級設(shè)備的主機(jī)和備機(jī)是否工作正常，需要時，則進(jìn)行主、備機(jī)切換。本發(fā)明的有益效果是將來自千兆以太網(wǎng)的實時數(shù)字電視碼流數(shù)據(jù)，在備份切換開關(guān)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)路由和交換處理，使得在不需要應(yīng)用新的MAC地址和IP地址的情況下，以及在單播、組播和廣播模式下，均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主機(jī)和備機(jī)之間進(jìn)行靈活切換。
文檔編號H04L12/56GK102215134SQ20111018159
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者李洪均 申請人:成都馳通數(shù)碼系統(tǒng)有限公司