一種基于fpga的光纖以太網(wǎng)智能分路器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器，其前端部分通過光纖連接光網(wǎng)絡(luò)，后端部分通過光纖連接局域網(wǎng)；包括：串口通信模塊、上位機(jī)、電源轉(zhuǎn)換模塊以及依次連接的光信號(hào)處理模塊、FPGA模塊和電信號(hào)處理模塊；所述電源轉(zhuǎn)換模塊和串口通信模塊的一端均與FPGA模塊相連接，所述串口通信模塊的另一端和上位機(jī)相連接；所述上位機(jī)和電信號(hào)處理模塊之間連接有相互并聯(lián)的主用設(shè)備和備用設(shè)備，所述上位機(jī)是檢測(cè)主用設(shè)備或備用設(shè)備的心跳信號(hào)和控制信號(hào)的上位機(jī)；所述主用設(shè)備和備用設(shè)備連接光纖以太網(wǎng)智能分路器的中間部分，具有克服了原有單一技術(shù)應(yīng)用上的缺陷，能夠確保通信的穩(wěn)定性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，特別涉及一種基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，企業(yè)的信息化已經(jīng)非常普遍，各個(gè)企事業(yè)單位的活動(dòng)越來(lái)越多的依賴于其關(guān)鍵的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，這些業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。如果一些關(guān)鍵設(shè)備一旦發(fā)生宕機(jī)故障或應(yīng)用停機(jī)，將給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并且由于業(yè)務(wù)的不可用而影響了企業(yè)的信譽(yù)，致使客戶對(duì)企業(yè)失去信任，所造成的危害是致命的。同時(shí)，目前各個(gè)企事業(yè)單位在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)大部分直接使用光纖為傳輸介質(zhì)建立骨干網(wǎng)，而內(nèi)部局域網(wǎng)的設(shè)備傳輸介質(zhì)一般為銅線，如何實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)備同光纖主干網(wǎng)相連呢？這就需要在不同端口、不同線形、不同光纖間進(jìn)行轉(zhuǎn)換并保證鏈接質(zhì)量，將雙絞線電信號(hào)和光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)包在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸。
[0003]目前，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大部分都采用電接口，如果需要接入光網(wǎng)絡(luò)，還需在前級(jí)加入光纖收發(fā)器實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；同時(shí)，為了更好的確保關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信質(zhì)量以及通信的可靠性，在通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用備份法，即除了正常傳輸信息的主用工作設(shè)備夕卜，還有備用設(shè)備，一旦主用設(shè)備發(fā)生故障或是誤碼率超過一定的門限值，即切換到備用設(shè)備，利用備用設(shè)備進(jìn)行通信；我們這里采用一種基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器，解決了上述的問題，低成本地實(shí)現(xiàn)了光電信號(hào)轉(zhuǎn)換和關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的備份處理，并且可以很容易擴(kuò)展到多機(jī)備份。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器，該光纖以太網(wǎng)智能分路器利用FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)光電信號(hào)之間數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)換，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息通過不同的鏈路切換策略實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的備份處理，用于完成把電接口設(shè)備串入光纖主干網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵設(shè)備的備份處理。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器，其前端部分通過光纖連接光網(wǎng)絡(luò)，后端部分通過光纖連接局域網(wǎng)；包括:串口通信模塊、上位機(jī)、電源轉(zhuǎn)換模塊以及依次連接的光信號(hào)處理模塊、FPGA模塊和電信號(hào)處理模塊；所述電源轉(zhuǎn)換模塊和串口通信模塊的一端均與FPGA模塊相連接，所述串口通信模塊的另一端和上位機(jī)相連接；所述上位機(jī)和電信號(hào)處理模塊之間連接有相互并聯(lián)的主用設(shè)備和備用設(shè)備，所述上位機(jī)是檢測(cè)主用設(shè)備或備用設(shè)備的的心跳信號(hào)和控制信號(hào)的上位機(jī)；所述主用設(shè)備和備用設(shè)備連接光纖以太網(wǎng)智能分路器的中間部分；把主用設(shè)備串入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各鏈路數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)包統(tǒng)計(jì)和檢測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息判斷當(dāng)前系統(tǒng)的工作情況，當(dāng)判斷出主用設(shè)備發(fā)生故障或是誤碼率超過一定的門限值時(shí)，切換到備用狀態(tài)，將主用設(shè)備從系統(tǒng)切除，并將備用設(shè)備串入網(wǎng)絡(luò)，利用備用設(shè)備進(jìn)行通信，系統(tǒng)仍能不間斷地進(jìn)行工作，從而保證網(wǎng)絡(luò)不因單個(gè)設(shè)備的故障而癱瘓；所述光信號(hào)處理模塊具有輸入光信號(hào)接口、輸入端SFP光收發(fā)器、輸入端串并轉(zhuǎn)換芯片、光開關(guān)、輸出光信號(hào)接口、輸出端SFP光收發(fā)器和輸出端串并轉(zhuǎn)換芯片，所述輸入端串并轉(zhuǎn)換芯片和輸出端串并轉(zhuǎn)換芯片均與FPGA模塊相連接；所述電信號(hào)處理模塊具有相互連接的RJ-45接口、網(wǎng)絡(luò)變壓器和千兆以太網(wǎng)PHY收發(fā)器，所述千兆以太網(wǎng)PHY收發(fā)器與FPGA模塊連接，所述主用設(shè)備和備用設(shè)備均通過RJ-45接口與電信號(hào)處理模塊連接。
[0006]所述的FPGA模塊采用現(xiàn)有技術(shù)中所使用的Altera公司的Cyclone III芯片。
[0007]所述的千兆以太網(wǎng)PHY收發(fā)器采用瑞昱公司的RTL8212芯片，它可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)二路以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通路的收發(fā)處理；光信號(hào)經(jīng)過SFP光收發(fā)器處理后變成串行差分信號(hào)(LVPECL)，然后通過串并轉(zhuǎn)換(SERDES)芯片的處理后變?yōu)門BI信號(hào)，通過TBI接口連接到FPGA ;所述的RJ-45接口具有雙層，串口通信模塊采用的芯片為MAX3232，主要工作是完成RS232電平和TTL電平相互轉(zhuǎn)換；電源轉(zhuǎn)換模塊采用DC-DC模塊，將外接的-48V通信標(biāo)準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換為控制電路所需的各類工作電壓。
[0008]本實(shí)用新型具備硬件直通功能，當(dāng)需要進(jìn)行設(shè)備升級(jí)或者維修的情況下，系統(tǒng)先切換到掉電直通工作狀態(tài)，然后進(jìn)行設(shè)備升級(jí)或者維修，保證主干網(wǎng)絡(luò)不中斷。
[0009]本實(shí)用新型的光纖以太網(wǎng)智能分路器通過串口與上位機(jī)通信，從而獲取主用設(shè)備和備用設(shè)備的心跳信號(hào)以及向主用設(shè)備和備用設(shè)備發(fā)出控制信號(hào)。
[0010]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0011]1、將光電信號(hào)轉(zhuǎn)換功能、數(shù)據(jù)檢錯(cuò)及流量統(tǒng)計(jì)和智能切換控制功能統(tǒng)一在一起，克服了原有單一技術(shù)應(yīng)用上的缺陷，從而實(shí)現(xiàn)了把電接口設(shè)備串入光纖主干網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵設(shè)備的備份處理，對(duì)維護(hù)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定具有重要實(shí)際意義。
[0012]2、本實(shí)用新型在提供軟件直通功能的同時(shí)還包含硬件直通，即使在無(wú)電源供應(yīng)時(shí)也能通過硬直通確保主光路的通信，確保通信的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是智能分路器的組成結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2是智能分路器的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0016]實(shí)施例
[0017]如圖1所示，智能分路器前端部分連接到外部光網(wǎng)絡(luò)，中間部分連接主用設(shè)備和備用設(shè)備，后端部分通過光纖連接到局域網(wǎng)。正常情況下，把主用設(shè)備串入網(wǎng)絡(luò)，一旦主用設(shè)備發(fā)生故障或是誤碼率超過一定的門限值，即切換到備用設(shè)備，利用備用設(shè)備進(jìn)行通信，系統(tǒng)仍能不間斷地進(jìn)行工作，從而保證網(wǎng)絡(luò)不因單個(gè)設(shè)備的故障而癱瘓。
[0018]如圖2所示，一種基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器，串口通信模塊、上位機(jī)、電源轉(zhuǎn)換模塊以及依次連接的光信號(hào)處理模塊、FPGA模塊和電信號(hào)處理模塊；所述電源轉(zhuǎn)換模塊和串口通信模塊的一端均與FPGA模塊相連接，所述串口通信模塊的另一端和上位機(jī)相連接；所述上位機(jī)和電信號(hào)處理模塊之間連接有相互并聯(lián)的主用設(shè)備和備用設(shè)備，所述上位機(jī)是檢測(cè)主用設(shè)備或備用設(shè)備的的心跳信號(hào)和控制信號(hào)的上位機(jī)；所述主用設(shè)備和備用設(shè)備連接光纖以太網(wǎng)智能分路器的中間部分；電信號(hào)處理模塊包括RJ-45模塊、網(wǎng)絡(luò)變壓器和千兆以太網(wǎng)PHY收發(fā)器這三部分，智能分路器選用的是帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的雙層RJ-45接口，物理層芯片千兆以太網(wǎng)PHY收發(fā)器選用的是瑞昱公司的RTL8212芯片，它可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)二路以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通路的收發(fā)處理；光信號(hào)處理模塊由SFP光收發(fā)器和串并轉(zhuǎn)換(SERDES)芯片組成，光信號(hào)經(jīng)過SFP光收發(fā)器處理后變成串行差分信號(hào)(LVPECL)，然后通過串并轉(zhuǎn)換(SERDES)芯片的處理后變?yōu)門BI信號(hào)，通過TBI接口連接到FPGA ；串口通信模塊選用的芯片為MAX3232，主要工作是完成RS232電平和TTL電平相互轉(zhuǎn)換；電源轉(zhuǎn)換模塊采用專用的DC-DC模塊，將外接的-48V通信標(biāo)準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換為控制電路所需的各類工作電壓；FPGA模塊采用Altera公司的Cyclone III芯片，最大可支持6路以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口。FPGA模塊提供各種協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，包括光電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)幀的處理和串口通信(UART)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。
[0019]FPGA模塊在切換過程中，存在四種切換狀態(tài)，KO表示硬件直通狀態(tài)，光輸入信號(hào)通過光開關(guān)電路直接連接到輸出，沒有經(jīng)過電路內(nèi)部的處理；Kl表示軟件直通，光信號(hào)經(jīng)過光模塊及串并轉(zhuǎn)換后，在FPGA內(nèi)部連接到另一端，通過串并轉(zhuǎn)換和光模塊后以光信號(hào)輸出；K2表示主用鏈路狀態(tài)，光輸入信號(hào)通過光處理模板部分處理后，通過FPGA內(nèi)部信號(hào)連接至千兆PHY芯片，通過RJ45接口把SI設(shè)備串入通信網(wǎng)絡(luò)，并通過另一端返回；Κ3表示備用鏈路狀態(tài)，同Κ2的處理過程，把設(shè)備S2串入通信網(wǎng)絡(luò)。具有二條通路的智能分路器，可以用在需要備用保護(hù)的系統(tǒng)，當(dāng)主用鏈路連接的設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，F(xiàn)PGA通過串口檢測(cè)到異常狀態(tài)，可以通過切換控制狀態(tài)到備用鏈路連接使用備用設(shè)備，從而保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
[0020]以上詳細(xì)說明了光纖以太網(wǎng)的智能分路處理過程，給出了實(shí)現(xiàn)光纖以太網(wǎng)智能分路的一種方法，用于完成把電接口設(shè)備串入光纖主干網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵設(shè)備的備份處理。
[0021]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了把電接口設(shè)備串入光纖主干網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵設(shè)備的備份處理，當(dāng)所述的主用設(shè)備發(fā)生故障或誤碼率超過一定的門限值，即切換到備用設(shè)備，利用備用設(shè)備進(jìn)行通信，切換過程不影響主干網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行；當(dāng)需要進(jìn)行設(shè)備升級(jí)或者維修的情況下，系統(tǒng)先切換到掉電硬件直通工作狀態(tài)，然后進(jìn)行設(shè)備升級(jí)或者維修，保證主干網(wǎng)絡(luò)不中斷，以維護(hù)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。
[0022]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器，其前端部分通過光纖連接光網(wǎng)絡(luò)，后端部分通過光纖連接局域網(wǎng)；包括:串口通信模塊、上位機(jī)、電源轉(zhuǎn)換模塊以及依次連接的光信號(hào)處理模塊、FPGA模塊和電信號(hào)處理模塊；所述電源轉(zhuǎn)換模塊和串口通信模塊的一端均與FPGA模塊相連接，所述串口通信模塊的另一端和上位機(jī)相連接； 其特征在于，所述上位機(jī)和電信號(hào)處理模塊之間連接有相互并聯(lián)的主用設(shè)備和備用設(shè)備，所述上位機(jī)是檢測(cè)主用設(shè)備或備用設(shè)備的的心跳信號(hào)和控制信號(hào)的上位機(jī)；所述主用設(shè)備和備用設(shè)備連接光纖以太網(wǎng)智能分路器的中間部分； 所述光信號(hào)處理模塊具有輸入光信號(hào)接口、輸入端SFP光收發(fā)器、輸入端串并轉(zhuǎn)換芯片、光開關(guān)、輸出光信號(hào)接口、輸出端SFP光收發(fā)器和輸出端串并轉(zhuǎn)換芯片,所述輸入端串并轉(zhuǎn)換芯片和輸出端串并轉(zhuǎn)換芯片均與FPGA模塊相連接； 所述電信號(hào)處理模塊具有相互連接的RJ-45接口、網(wǎng)絡(luò)變壓器和千兆以太網(wǎng)PHY收發(fā)器，所述千兆以太網(wǎng)PHY收發(fā)器與FPGA模塊連接，所述主用設(shè)備和備用設(shè)備均通過RJ-45接口與電信號(hào)處理模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器，其特征在于，所述的FPGA模塊采用Altera公司的Cyclone III芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的光纖以太網(wǎng)智能分路器，其特征在于，所述的千兆以太網(wǎng)PHY收發(fā)器采用瑞昱公司的RTL8212芯片，所述的RJ-45接口具有雙層，串口通信模塊采用的芯片為MAX3232，電源轉(zhuǎn)換模塊采用DC-DC模塊。
【文檔編號(hào)】H04B10/032GK203722633SQ201420087357
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】賀前華, 宋偉 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)