一种基于物理层状态检测和故障筛查策略的网络切换装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于物理层状态检测和故障筛查策略的网络切换装置，该装置是一块由现场可编程逻辑阵列（ＦＰＧＡ）、以太网物理层收发器（ＰＨＹ）、网络变压器等组成的电路板，对外具有媒体独立接口（ＭＩＩ）、标准的ＲＪ４５网络接口和对外发出硬件切换完成信息的信号接口。该装置采用ＦＰＧＡ实现以太网物理层工作状态检测，根据故障筛查切换策略进行网络信号切换，并在切换完成后向外发送硬件切换完成的信息，以确保新的网络链路快速建立。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种网络切换装置，适用于对信号传输的实时性、可靠性要求较 高的10M/100M以太网网络设备。
技术介绍
随着视频处理技术的发展，基于流媒体技术的视频应用得到了迅速的发展。流媒 体信号的网络传输对网络系统实时性、可靠性要求较高。但实际应用中难免会出现因为操 作人员失误、网络连接装置故障或接触不良、网络电缆损坏等带来的网络连接故障。网络传输采用双冗余网络的设计方法，当网络连接出现故障时，用备用硬件替换 故障硬件，及时的掩盖故障产生的影响，保证系统的正常工作。对于流媒体信号的网络传输 而言，快速、有效的切换可以将因网络连接故障引起的数据报文丢失控制在较低程度。一片带有媒体独立接口(Mil 口)的网络器件，在硬件上需要与以太网物理层收发 器(PHY)及其外围电路共同组成网络功能模块。选用PHY作为冗余的硬件部分，网络功能 模块对外可实现双路网络连接，对功能模块本身硬件复杂度的增加影响也较小。而采用两 片带MII 口的网络器件实现双冗余网络的方法，在某些场合会受到硬件复杂度增加所带来 的一系列问题的限制。在PHY作为冗余硬件的设计下，双路网络连接故障的监控，故障的筛 查判断，切换电路的实现，以及切换的时效性等问题也将随之而来。本技术针对上述问 题，提出了创新性的解决方案。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种基于物理层状态检测和故障筛查策略的网络切换 装置。本技术所提供的装置采用对双冗余以太网的物理层状态进行检测和故障筛查的 方法，在网络连接发生故障且有必要切换时，实现快速切换。本技术的技术方案如下①采用物理层工作状态检测的方法，以达到实时发现网络连接故障的目的。②采用故障筛查切换策略分析网络连接故障，判断网络切换的必要性和方向性。③作出需要切换的决定后，实现媒体独立接口的切换。本技术所提供的装置，包括网络切换控制器和以太网物理层数据传输电路。 以太网物理层数据传输电路的两路PHY均通过MII 口与网络切换控制器相连，同时网络切 换控制器提供MII 口，使带有MII 口的外接网络器件可与该MII 口相连。两路PHY的物理 层连接状态指示信号管脚也与网络切换控制器相连作为判断网络连接正常与否的依据。网 络切换控制器使一路PHY通过MII 口与外接网络器件相连，另一路PHY与外接网络器件断 开。本技术所提供的装置，包括一个现场可编程逻辑阵列FPGA芯片，两个PHY芯 片及相应网络变压器、对外接口 ；所述的对外接口包括(1)标准RJ45网络接口 ；(2)可 连接外部网络器件的媒体独立接口 MII 口，所述可连接外部网络器件的MII 口信号包括 TXC(发送时钟)、TXEN(发送使能)、TXER(发送错误),TXD[3:0](发送数据)、RXC(接收时钟),RXDV(接收数据有效指示)、RXD[3:0](接收数据),RXER(接收数据出错指示)、C0L(冲 突检测)、CRS (载波侦听)；(3)网络切换控制器对外发出硬件切换完成信息的信号接口。所述以太网物理层数据传输电路的两路PHY均通过MII 口与FPGA的I/O管脚相 连；两路PHY的物理层连接状态指示信号管脚与FPGA的I/O管脚相连；对外提供的MII 口 与FPGA的I/O管脚相连；对外的发送硬件切换完成信息的信号接口与FPGA的I/O管脚相 连。网络切换控制器的功能包括物理层工作状态检测、故障筛查切换策略和控制、网 络信号切换和发送硬件切换完成的信息。以上功能全部由FPGA实现。网络切换控制器通 过对两路PHY的物理层连接状态指示管脚的高低电平判断网络连接状态的变化情况。切换 控制状态位Sl的状态由两路PHY物理层连接变化前后的状态(A0、B0、A1、B1)和变化前该 控制位的状态SO共同决定。随着Sl的值由“0”变化为“1”或者由“1”变化为“0”，外接网 络器件的MII 口与两路PHY中一路的MII信号的连接关系也随之发生变化。切换完成后， 网络切换控制器向外发出硬件切换已完成的信号。故障筛查切换策略和控制功能的作用在于当某一路PHY的物理层连接正常，且 网络切换控制器使之与外接网络器件相连时，另一路PHY的物理层连接故障的发生以及排 除均不会导致网络切换的发生，即不会影响当前一路PHY与外接网络器件相连；当某一路 PHY的物理层连接正常且网络切换控制器使之与外接网络器件相连，此后该路PHY的物理 层连接出现故障而另一路PHY的物理层连接正常时，网络切换控制器发生网络切换，使物 理层连接正常的PHY与外接网络器件相连。本技术所提供的装置中的网络切换控制器内的故障筛查控制逻辑电路以物 理层连接状态检测的结果作为输入，以切换控制位状态为输出。网络连接状态变化后故障 筛查控制电路的输出与变化前两路网络连接状态、切换控制位状态以及变化后两路网络连 接状态有关。本技术提供的装置可以实现流媒体信号在传输中网络连接出现故障时的双 冗余网络切换，具有少许增加硬件体积、功耗小、遇到故障时自动定位和恢复过程快等显著 优点。附图说明图1为本技术所提供装置的电路原理框图。图2为本技术实施例1的电路原理框图。图3为本技术实施例1的主要硬件电连接图。图4为实施例1中以太网物理层数据传输电路硬件电连接图。具体实施方式本技术所提供装置的电路原理框图如图1所示。图1中，划线_点框内的电 路，即由FPGA实现的网络切换控制器。网络切换控制器的功能包括①物理层工作状态检 测、②故障筛查切换策略和控制、③网络切换、④硬件切换完成的信息发送。网络切换控制 器的对外接口包括与两路PHY间的MII接口、与带MII 口的网络器件间的MII接口、与两 路PHY间关于物理层连接状态指示信号的接口、对外发出硬件切换完成信息的信号接口。本技术对于物理层状态检测电路率先检测到的网络连接状态正常的PHY作 为首用PHY，另一路PHY作为备用PHY。在极端情况下，电路上电后同时检测到两路网络连接 状态均正常，则图1中以太网物理层数据传输电路1中所用PHY(下文描述中记为“PHYA”) 为首用PHY，另一路PHY (下文描述中记为“PHYB”)为备用PHY。在两路网络连接均无故障 的情况下，首用PHY通过MII 口及切换电路与带有MII 口的网络器件(以下简称“网络器 件”)相连，备用PHY与网络器件之间被切换电路断开。随着网络连接故障的发生，切换逻 辑受故障筛查策略的控制在两路PHY之间切换，始终使一路PHY通过MII 口及切换电路与 网络器件相连，另一路PHY与网络器件断开(如图1中粗虚线表示的“相连”关系)。本技术采用如下方法共同实现网络切换①将两路PHY、网络器件通过MII 口与FPGA的I/O管脚相连。②将两路PHY的状态指示引脚与FPGA的I/O管脚相连。物理层工作状态检测电 路监控两路PHY的状态指示引脚，取其电平逻辑值“0”或者“ 1”，作为判断网络故障是否发 生的依据。③采用故障筛查切换策略，分析网络连接故障，判断网络是否需要切换。网络连接 故障的发生有多种可能性，并非所有的连接故障发生时都需要实现网络切换，必须对故障 进行筛查。所谓“故障筛查”，是对网络连接状态发生的变化和网络连接故障进行筛选、检 查，据此作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物理层状态检测和故障筛查策略的网络切换装置，其特征在于：包括网络切换控制器和以太网物理层数据传输电路，以太网物理层数据传输电路的两路以太网物理层收发器ＰＨＹ均通过媒体独立接口ＭⅡ与网络切换控制器相连，同时网络切换控制器提供ＭⅡ口，使带有ＭⅡ口的外接网络器件可与该ＭⅡ口相连；两路ＰＨＹ的物理层连接状态指示信号管脚也与网络切换控制器相连；网络切换控制器使一路ＰＨＹ通过ＭⅡ口与外接网络器件相连，另一路ＰＨＹ与外接网络器件断开。

【技术特征摘要】
一种基于物理层状态检测和故障筛查策略的网络切换装置，其特征在于包括网络切换控制器和以太网物理层数据传输电路，以太网物理层数据传输电路的两路以太网物理层收发器PHY均通过媒体独立接口MII与网络切换控制器相连，同时网络切换控制器提供MII口，使带有MII口的外接网络器件可与该MII口相连；两路PHY的物理层连接状态指示信号管脚也与网络切换控制器相连；网络切换控制器使一路PHY通过MII口与外接网络器件相连，另一路PHY与外接网络器件断开。2.根据权利要求1所述的基于物理层状态检测和故障筛查策略的网络切换装置，其特 征在于该装置包括一个现场可编程逻辑阵列FPGA芯片，两个PHY芯片及相应网络变压器、 对外接口 ；所述的对外接口包括(1)标准RJ45网络接口 ；(2)可连接外部网络器件的Mil 口 ；(3)网络切换控制器对外发出硬件切换完成信息的信号接口。3.根据权利要求1所述的基于物理层状态检测和故障筛查策略的网络切换装置，其特 征在于装置内部接口关系包括⑴两路PHY均通过Mil 口与FPGA的I/O管脚相连；(2) 两路PHY的物理层连接状态指示信号管脚均与FPG...

【专利技术属性】
技术研发人员：亢琰，杨大磊，陈湘凭，韩菲，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七○九研究所，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]