專(zhuān)利名稱(chēng)：一種塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的不斷發(fā)展，高速率到桌面的應(yīng)用越來(lái)越普遍，塑料光 纖宜于連接，光的耦合效率也較高，同時(shí)還兼有柔軟、抗彎曲、耐震動(dòng)、抗輻射、價(jià)格便宜以 及施工方便等優(yōu)點(diǎn)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石英光纖及銅纜，非常適合應(yīng)用于連接點(diǎn)較多的局域網(wǎng) 絡(luò)。塑料光纖產(chǎn)品替代玻璃光纖的“最后一公里”通訊解決方案，將引領(lǐng)通訊手段的一次革 命性飛躍。目前世界上多家公司、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)紛紛加入這個(gè)行列，并投入了大量人力、物力。 POF塑料光纖作為銅纜、石英光纖的替代產(chǎn)品，其應(yīng)用也得到各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支持，如以太 網(wǎng)、1394和ATM等均已制定相關(guān)的POF技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。作為桌面接入到干線光纖的“最后一公 里”通訊的核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，650nm塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備的成功研制，將會(huì)為推 進(jìn)塑料光纖產(chǎn)業(yè)在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種650nm塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)， 以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于包括電源管理單元電路以及分 別與電源管理單元電路相連的嵌入式通信處理器控制單元電路和以太網(wǎng)交換單元電路。上述嵌入式通信處理器控制單元電路包括能夠?qū)崿F(xiàn)交換機(jī)的協(xié)議層交換及網(wǎng)絡(luò) 管理功能的CPU以及分別與CPU相連的SDRAM和FLASH存儲(chǔ)器；所述CPU對(duì)外提供串口和 帶外口，分別作為本地網(wǎng)絡(luò)管理和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理的通信接口。上述CPU 為 MPC852T PowerQUICCII，SDRAM 為 64M，F(xiàn)LASH 存儲(chǔ)器為 8M。上述以太網(wǎng)交換單元電路為用以實(shí)現(xiàn)16路100M和2路1000M以太網(wǎng)交換功能的 BCM5324處理芯片，BCM5324處理芯片通過(guò)SPI總線與嵌入式通信處理器控制單元電路的 CPU相連；所述BCM53M處理芯片對(duì)外提供16路650nm塑料光纖交換端口，1路1000M/100M 自適應(yīng)電交換口，1路1000M 口連接SFP光纖模塊，還對(duì)外提供可插拔的光纖模塊，靈活適用 1550nm/1310nm/850nm等不同波長(zhǎng)的石英光纖接口。上述以太網(wǎng)交換單元電路包括從BCM53M處理芯片內(nèi)部狀態(tài)讀取，進(jìn)行邏輯譯 碼，并由譯碼電路構(gòu)成的狀態(tài)指示燈。上述電源管理單元電路用以完成整個(gè)電路的供電，采用TPS51020電源管理芯片； 220V交流輸入采用工業(yè)級(jí)的IOA大功率開(kāi)關(guān)電源。上述電源管理單元電路用以完成整個(gè)電路的供電，采用TPS51020電源管理芯片； 220V交流輸入采用工業(yè)級(jí)的IOA大功率開(kāi)關(guān)電源。[0013]上述塑料光纖為650nm塑料光纖。本實(shí)用新型的技術(shù)效果為1、該設(shè)備采用高性能嵌入式處理器MPC852T。交換芯片采用高集成度的BCM交換 芯片，使得系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間輕松達(dá)到硬件的線速級(jí)交換。2、提供1路石英光纖接入，16路塑料光纖通信，本地串口管理、Telnet、Web遠(yuǎn)程管 理。因此具備很高的抗干擾能力、防雷擊能力、防泄密能力，從硬件平臺(tái)上為網(wǎng)絡(luò)通信的可 靠性、安全性提供了高效的解決方案。3、可擴(kuò)展性強(qiáng)，除了 16路塑料光纖通信接口外，系統(tǒng)還提供了 8路電接口用于以 后擴(kuò)展，具有光電轉(zhuǎn)換作用，可兼容目前電接口的接入，為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)節(jié)約大量的成本，增強(qiáng) 了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的兼容性及可擴(kuò)展性。4、提供豐富、安全的網(wǎng)絡(luò)管理功能。作為一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)的核心交換設(shè)備，具備隔 離網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、端口隔離、802. Ix安全接入等功能。
圖1為本實(shí)用新型交換機(jī)原理框圖；圖2為本實(shí)用新型交換機(jī)軟件體系結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
一、硬件技術(shù)方案參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型硬件電路由三部分組成嵌入式通信處理器控制單元電路、 以太網(wǎng)交換單元電路和電源管理單元電路。1、嵌入式通信處理器控制單元電路的CPU采用專(zhuān)用于電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)的、具 有高速處理能力的集成通信微處理器MPC852T PowerQUICC II。該處理器能夠?qū)崿F(xiàn)交換機(jī) 的協(xié)議層交換及網(wǎng)絡(luò)管理的功能。與CPU連接的SDRAM(同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)內(nèi)部存儲(chǔ) 器為64M，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器為8M。處理器單元對(duì)外提供串口和帶外口，分別作為本地網(wǎng)絡(luò)管理 和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理的通信接口。2、以太網(wǎng)交換單元電路采用BCM53M處理芯片，通過(guò)SPI總線與嵌入式通信處理 器控制單元電路的CPU相連，作為核心交換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)16路100M和2路1000M以太網(wǎng)交 換功能，對(duì)外提供16路650nm塑料光纖交換端口，1路1000M/100M自適應(yīng)電交換口，1路 1000M 口連接SFP光纖模塊，對(duì)外提供可插拔的光纖模塊，靈活適用1550nm/1310nm/850nm 等不同波長(zhǎng)的石英光纖接口。狀態(tài)指示燈的指示采用譯碼電路設(shè)計(jì)，從BCM53M內(nèi)部狀態(tài)讀取，進(jìn)行邏輯譯碼， 點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)端口的鏈路狀態(tài)指示燈。3、電源管理單元電路用以完成整個(gè)電路的供電，要使設(shè)備的MTBF(平均無(wú)故障時(shí) 間)不小于50000小時(shí)，電源管理電路的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵因素。220V交流輸入采用工業(yè)級(jí) 的IOA大功率開(kāi)關(guān)電源。電源管理芯片采用TPS51020，可提供3. 3V小電壓大電流輸出。二、軟件技術(shù)方案參見(jiàn)圖2，交換機(jī)軟件系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)交換機(jī)控制功能的核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)交換機(jī)的控制和 管理；對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置系統(tǒng)參數(shù)以控制轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程等操作。[0029]整個(gè)交換機(jī)軟件系統(tǒng)采用了分層結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)的方法來(lái)構(gòu)建。這種設(shè)計(jì)方法 同時(shí)為軟件可重用提供了強(qiáng)大的支持。從而使得交換機(jī)軟件系統(tǒng)成為一個(gè)可伸縮、可擴(kuò)展 的應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，隨時(shí)可以根據(jù)需求在其上增加新功能以彌補(bǔ)硬件的不足?？傮w而言，這些 小的子功能模塊分別合成三個(gè)大的模塊，它們分別是驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，交換協(xié)議子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)。1、驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的主要任務(wù)是屏蔽交換機(jī)硬件操作細(xì)節(jié)，為操作系統(tǒng)和上層軟件 訪問(wèn)交換機(jī)硬件提供統(tǒng)一的接口，便于上層協(xié)議訪問(wèn)和管理底層交換機(jī)硬件。主要完成交 換機(jī)硬件的初始化，在交換機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)上層軟件要求，完成對(duì)寄存器的設(shè)置和管 理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)交換機(jī)硬件的管理。這其中包括對(duì)CPU、硬件板、串口、交換芯片和PHY芯片 等操作。而這些操作在交換機(jī)軟件系統(tǒng)中則分別由BSP和SSP來(lái)完成，而硬件抽象(HAL) 層則負(fù)責(zé)向上層協(xié)議模塊和網(wǎng)絡(luò)管理模塊提供統(tǒng)一的API接口。2、交換協(xié)議子系統(tǒng)主要用來(lái)收集網(wǎng)絡(luò)信息。同時(shí)根據(jù)具體需求向上層管理軟件提 供交換機(jī)管理接口，方便上層軟件對(duì)交換機(jī)進(jìn)行管理。對(duì)各協(xié)議模塊，在管理和維護(hù)交換通 路過(guò)程中，其對(duì)于交換機(jī)狀態(tài)屬性方式的讀取和設(shè)置分為兩種方式，一是直接調(diào)用驅(qū)動(dòng)提 供的接口函數(shù)，另一則是通過(guò)使用IDB接口來(lái)設(shè)置相關(guān)的MIB庫(kù)供網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)使用，并 且各協(xié)議模塊分別實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)MIB的支持。3、網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)，主要控制交換機(jī)的配置數(shù)據(jù)、向上及時(shí)通知設(shè)備的異常故障 和提供性能和控制方面的原始數(shù)據(jù)。網(wǎng)管子系統(tǒng)中的各應(yīng)用模塊采用統(tǒng)一的訪問(wèn)機(jī)制IDB+ 來(lái)訪問(wèn)管理對(duì)象。所有的協(xié)議功能模塊都通過(guò)IDB提供的函數(shù)接口根據(jù)交換機(jī)當(dāng)前狀態(tài)來(lái) 建立起RFC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)應(yīng)對(duì)象的MIB庫(kù)，而各管理模塊則通過(guò)IDB提供的函數(shù)接口獲取 當(dāng)前交換機(jī)的信息給用戶(hù)，然后再根據(jù)用戶(hù)反饋調(diào)用對(duì)應(yīng)被管對(duì)象的IDB函數(shù)接口進(jìn)行相 應(yīng)的進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)交換機(jī)設(shè)備的管理。三、實(shí)現(xiàn)功能如下1、具有16個(gè)650nm塑料光纖端口、1個(gè)(ΛΕ端口和1個(gè)1310nm石英光纖SFP模塊。2、具有8K MAC地址學(xué)習(xí)和老化功能。3、基于 802. lp, Port, TOS, and DiffServ (IPv4/IPv6)的 QoS 流量管理。4、基于802. IQ和基于端口的VLAN劃分。5、端口廣播風(fēng)暴控制功能。6、端口隔離功能。7、端口匯聚功能。8、端口鏡像功能。9、支持生成樹(shù)(802. lD/ls/lw)。10、支持組播 IGMP snooping。11、支持802. Ix安全接入?yún)f(xié)議。四、工作過(guò)程、原理交換芯片內(nèi)部有一個(gè)地址解析邏輯，負(fù)責(zé)進(jìn)行層交換。收到數(shù)據(jù)包后，地址解 析邏輯首先會(huì)進(jìn)行源地址查找。地址解析邏輯從數(shù)據(jù)包中提取源MAC地址和VLANID，如 果該數(shù)據(jù)包是不帶VLAN標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包，則地址解析邏輯會(huì)依據(jù)收到的該數(shù)據(jù)包的端口號(hào)從PTABLE中獲得對(duì)應(yīng)的VLAN ID和優(yōu)先級(jí)為其加上標(biāo)簽。這樣地址解析邏輯會(huì)按照 SA-E-VLAN ID去查找ARL表。如果找不到，地址解析邏輯會(huì)進(jìn)行源地址學(xué)習(xí)；如果找到了， 會(huì)按照相應(yīng)的設(shè)置執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。隨后地址解析邏輯進(jìn)行目的地址查找。對(duì)于單播MAC地址，地址解析邏輯查找ARL 表；對(duì)于組播MAC地址，地址解析邏輯查找MARL表。如果找到了，則可以獲得出端口 ；如果 找不到則出端口為該VALN ID對(duì)應(yīng)的VLAN的所有成員端口。地址解析邏輯可以在沒(méi)有CPU的干預(yù)下進(jìn)行MAC地址學(xué)習(xí)。地址解析邏輯有三種 方式學(xué)習(xí)MAC地址1、動(dòng)態(tài)地址學(xué)習(xí)當(dāng)?shù)刂方馕鲞壿嫴檎以吹刂肥『?，地址解析邏輯?huì)在ARL表 中插入一條新的表項(xiàng)；如果源地址查找成功但對(duì)應(yīng)的端口發(fā)生了變化，這時(shí)會(huì)將這一表項(xiàng) 的端口號(hào)更新一下。2、靜態(tài)地址學(xué)習(xí)CPU可以向ARL表中插入靜態(tài)地址項(xiàng)。但靜態(tài)地址項(xiàng)無(wú)法因超 時(shí)被交換芯片的老化進(jìn)程刪除，只能在CPU的干預(yù)下被刪除。3、組播地址學(xué)習(xí)組播地址被保存在MARL表中。組播地址的學(xué)習(xí)是在上層組播協(xié) 議的協(xié)助下完成的，如IGMP Snooping和GMRP等。當(dāng)源地址查找成功時(shí)，會(huì)將ARL表項(xiàng)中的HIT標(biāo)志位置1。老化進(jìn)程會(huì)將經(jīng)過(guò)設(shè)定 的時(shí)間而HIT標(biāo)志位沒(méi)有被設(shè)置的ARL表項(xiàng)刪除。當(dāng)一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的站點(diǎn)與另一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的站點(diǎn)通信時(shí)，站點(diǎn)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給站點(diǎn)所 設(shè)置的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再為數(shù)據(jù)包進(jìn)行選路。所以只有當(dāng)IP數(shù)據(jù)包的目的MAC地址是網(wǎng)關(guān)的 MAC地址時(shí)，網(wǎng)關(guān)才負(fù)責(zé)為該IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行選路。通過(guò)設(shè)置ARL表完成這項(xiàng)工作，ARL. MAC ADDR 設(shè)置為 L3INTF. ROUT ADDR，ARL. VLAN TAG 設(shè)置為對(duì)應(yīng)的 L3INTF. VLAN TAG,將 ARL. L3 置為1。這樣當(dāng)交換芯片對(duì)ARL表進(jìn)行查找時(shí)，如果所匹配的表項(xiàng)的ARL. L3為1則表示該 數(shù)據(jù)包需要在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行選路。當(dāng)交換芯片無(wú)法為一個(gè)IP數(shù)據(jù)包找到下一跳時(shí)，即交換芯片通過(guò)查找L3表與 Default IP Router表都沒(méi)有找到匹配的表項(xiàng)，交換芯片將IP數(shù)據(jù)包發(fā)送給CPU，由上層路 由協(xié)議為其選路。CPU在接收和發(fā)送IP數(shù)據(jù)包的同時(shí)負(fù)責(zé)IP地址的學(xué)習(xí)，其學(xué)習(xí)原理與硬 件進(jìn)行MAC地址學(xué)習(xí)的原理相同。IP地址學(xué)習(xí)在軟件中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)交換芯片無(wú)法為一個(gè)IP數(shù)據(jù)包找到下一跳時(shí)就會(huì)把該數(shù)據(jù)包發(fā)送給CPU，軟件 接收該數(shù)據(jù)包，IP模塊通過(guò)查找其路由表為該數(shù)據(jù)包選路，并通過(guò)相應(yīng)的虛接口交給驅(qū)動(dòng) 程序。這時(shí)驅(qū)動(dòng)程序可以提取足夠的信息進(jìn)行目的IP地址學(xué)習(xí)。通過(guò)ARP可以為目的IP 地址找到下一跳MAC地址，然后通過(guò)查找ARL表為其找到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)端口，如果找不到則在 相應(yīng)的VLAN中廣播。兩個(gè)不同子網(wǎng)的站點(diǎn)相互通信，兩個(gè)方向上的第一包數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)上層軟件處 理。但對(duì)于隨后的IP數(shù)據(jù)包，交換芯片可以按照IP地址直接轉(zhuǎn)發(fā)，無(wú)需再經(jīng)過(guò)上層軟件處 理。這樣不同子網(wǎng)的站點(diǎn)相互通信可以獲得線速交換的速度。
權(quán)利要求1.一種塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于包括電源管理單元電路以及分別 與電源管理單元電路相連的嵌入式通信處理器控制單元電路和以太網(wǎng)交換單元電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于所述嵌入式通 信處理器控制單元電路包括能夠?qū)崿F(xiàn)交換機(jī)的協(xié)議層交換及網(wǎng)絡(luò)管理功能的CPU以及分 別與CPU相連的SDRAM和FLASH存儲(chǔ)器；所述CPU對(duì)外提供串口和帶外口，分別作為本地網(wǎng) 絡(luò)管理和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理的通信接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于所述CPU為 MPC852T PowerQUICC II，SDRAM 為 64M，F(xiàn)LASH 存儲(chǔ)器為 8M。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于所 述以太網(wǎng)交換單元電路為用以實(shí)現(xiàn)16路IOOM和2路1000M以太網(wǎng)交換功能的BCM53M 處理芯片，BCM5324處理芯片通過(guò)SPI總線與嵌入式通信處理器控制單元電路的CPU相 連；所述BCM53M處理芯片對(duì)外提供16路650nm塑料光纖交換端口，1路1000M/100M自 適應(yīng)電交換口，1路1000M 口連接SFP光纖模塊，還對(duì)外提供可插拔的光纖模塊，靈活適用 1550nm/1310nm/850nm等不同波長(zhǎng)的石英光纖接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于所述以太網(wǎng)交 換單元電路包括從BCM53M處理芯片內(nèi)部狀態(tài)讀取，進(jìn)行邏輯譯碼，并由譯碼電路構(gòu)成的 狀態(tài)指示燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于所述 電源管理單元電路用以完成整個(gè)電路的供電，采用TPS51020電源管理芯片；220V交流輸入 采用工業(yè)級(jí)的IOA大功率開(kāi)關(guān)電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于所述電源管理 單元電路用以完成整個(gè)電路的供電，采用TPS51020電源管理芯片；220V交流輸入采用工業(yè) 級(jí)的IOA大功率開(kāi)關(guān)電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于所述塑料光纖 為650nm塑料光纖。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種650nm塑料光纖接入層以太網(wǎng)交換機(jī)，以填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白。包括電源管理單元電路以及分別與電源管理單元電路相連的嵌入式通信處理器控制單元電路和以太網(wǎng)交換單元電路。具有的抗干擾能力、防雷擊能力、防泄密能力等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/04GK201839298SQ20102028925
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者彭新玲, 繆德俊, 繆立山 申請(qǐng)人:西安飛訊光電有限公司