一种模块化路由器的制作方法

本发明涉及通信设备运用领域，尤其涉及一种模块化路由器。

背景技术：

随着光互联技术的发展，当前通信设备内部高速总线的速率越来越高，汇聚及核心节点的通信设备转发带宽需求越来越大，且都为一体化插箱或集群系统；板卡功耗越来越高，散热也已经成为路由系统设计的瓶颈。

光互联主要是为了解决越来越高的背板总线速率导致的通道长度越来越短的问题，传统电背板已经成为大容量交换机、路由器设计的关键技术或瓶颈。当前，光互联主要的解决方案有光波导背板、光纤软板或直接光纤互联，但是，光波导目前的问题是波导材料损耗仍然较大，光波导背板及光纤软板的工艺也还不太成熟，使用光纤互联相对比较成熟；同时，光互联的单板使用的光连接器目前也还不能很好满足垂直方式等使用需求；光接口单板系列化相比传统电背板，小容量插箱的成本没有优势；另外就是系统的散热瓶颈在大系统里比较突出，散热风扇的功耗因系统风道是个整体，配置单板少时浪费明显；光互联的成本也非常昂贵。

针对上述问题，提出一种模块化路由器架构，以解决现有路由系统容量及规模受限的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种模块化路由器，以解决现有路由系统容量及规模受限的问题。

本发明提供了一种模块化路由器，其包括：至少一个包转发单元、以及交换单元，包转发单元与交换单元通过线缆连接。

进一步的，交换单元的工作模式为单级模式。

进一步的，包转发单元包括独立的散热模块及供电电源。

进一步的，散热模块包括散热风扇以及热管，热管用于连接包转发单元内散热芯片，将散热芯片的热量引导至散热风扇的风口位置。

进一步的，包转发单元设置有两层处理板。

进一步的，包转发单元还包括在板光模块，在板光模块用于通过光连接器连接交换单元。

进一步的，交换单元包括交换网板、主控板、电源及散热风扇。

进一步的，交换网板的数量与包转发单元的数量匹配。

进一步的，交换网板设置有多个交换网芯片以及光模块接口，同一个光模块接口连接的串行总线均分连接到各交换网芯片。

进一步的，包转发单元以及交换单元均设置有标准光模块接口；线缆包括电缆及光纤，包转发单元与交换单元根据距离远近，基于标准光模块接口使用电缆或光纤连接。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种模块化路由器，通过将现有技术中常用的一体化插箱形式的路由器拆分为多个模块化的包转发单元和集中的交换单元，通过线缆替代背板实现连接，这样，包转发单元的数量及设置位置不再受制于插箱内的背板，解决了现有路由系统容量及规模受限的问题。进一步的，每个包转发单元独立考虑散热设计，无系统级散热设计的相互影响，也增加了可靠性。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的模块化路由器的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的模块化路由器的结构示意图；

图3是本发明第二实施例中的包转发单元的结构示意图；

图4是本发明第二实施例中的交换单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。

第一实施例：

图1为本发明第一实施例提供的模块化路由器的结构示意图，由图1可知，在本实施例中，本发明提供的模块化路由器包括：至少一个包转发单元101、以及交换单元102，包转发单元101与交换单元102通过线缆连接。

在一些实施例中，上述实施例中的交换单元的工作模式为单级模式。这样，交换网只需要工作在单级模式，相比集群系统，省去了一半的交换网芯片。

在一些实施例中，上述实施例中的包转发单元101包括独立的散热模块及供电电源。这样，每个包转发单元独立考虑散热设计，无系统级散热设计的相互影响，也增加了可靠性。

在一些实施例中，上述实施例中的散热模块包括散热风扇以及热管，热管用于连接包转发单元内散热芯片，将散热芯片的热量引导至散热风扇的风口位置。这样，包转发单元的散热效果更好。

在一些实施例中，上述实施例中的包转发单元101还包括硬件管理模块，硬件管理模块通过串行管理总线连接。

在一些实施例中，上述实施例中的包转发单元101还包括同步时钟输入接口，同步时钟输入接口通过同轴或双轴电缆连接。

在一些实施例中，上述实施例中的包转发单元101设置有两层处理板。

在一些实施例中，上述实施例中的包转发单元101还包括在板光模块，在板光模块用于通过光连接器连接交换单元。在实际应用中，根据运用场景，例如需要处理的数据容量过大导致后面板空间不足，就可以使用在板光模块于通过光连接器连接交换单元，以解决这个问题。

在一些实施例中，上述实施例中的交换单元102包括交换网板、主控板、电源及散热风扇。

在一些实施例中，上述实施例中的交换网板的数量与包转发单元的数量匹配。这样，配置不同数量的交换网板，可以连接不同数量的包转发单元。

在一些实施例中，上述实施例中的交换网板设置有多个交换网芯片以及光模块接口，同一个光模块接口连接的串行总线均分连接到各交换网芯片。

在一些实施例中，上述实施例中的包转发单元101以及交换单元102均设置有标准光模块接口；线缆包括电缆及光纤，包转发单元101与交换单元102根据距离远近，基于标准光模块接口使用电缆或光纤连接。

第二实施例：

现结合具体应用场景对本发明做进一步的诠释说明。

通信设备内部高速总线速率越来越高，有向光互联发展趋势；汇聚及核心节点的通信设备转发带宽需求越来越大，且都为一体化插箱或集群系统；板卡功耗越来越高，散热也已经成为系统设计的瓶颈。光互联主要是为了解决越来越高的背板总线速率导致的通道长度越来越短的问题，传统电背板已经成为大容量交换机、路由器设计的关键技术或瓶颈。光互联主要的解决方案有光波导背板、光纤软板或直接光纤互联，光波导目前的问题是波导材料损耗仍然较大，光波导背板及光纤软板的工艺也还不太成熟，使用光纤互联相对比较成熟；同时，光互联的单板使用的光连接器目前也还不能很好满足垂直方式等使用需求；光接口单板系列化相比传统电背板，小容量插箱的成本没有优势；另外就是系统的散热瓶颈在大系统里比较突出，散热风扇的功耗因系统风道是个整体，配置单板少时浪费明显；光互联的成本也非常昂贵；

本实施例设计了一种新型模块化架构及基于此架构实现的通信设备硬件总体，解决高速系统成本高，光波导工艺、光连接器不成熟，光互联系列化性价比低，散热困难及系统容量规模受限等问题。

在实际应用中，本实施例提供的模块化架构将一体化插箱拆分为多个模块化的包转发单元和集中的交换单元，通过线缆替代背板实现连接。如图2所示，包括如下部分：

图中101所示为包转发单元，由包处理板和接口卡组成，接口卡可以设 计成模块化，便于灵活配置；图中102所示为集成交换单元，由交换网板105、主控板106、电源107、风扇108等部分组成；交换网板和包转发单元之间通过标准的光模块接口(如qsfp28、cxp等)，使用光纤或近距离(通常小于6米)时使用电缆连接，如图中103所示；为了实现集成交换网单元中主控板对包处理单元的控制、管理，使用以太网连接；为了增强系统的可靠性，还可以增加硬件管理模块，通过串行管理总线连接(如can、rs485等)；如果系统对时钟有要求，还可以增加同步时钟输入接口，并通过同轴电缆或双轴电缆连接，如图中104所示。

包转发单元101的散热是关键，但只需考虑解决一个单元的散热，系统的散热也就解决了，内部可以考虑使用热管将热量转移到风口增加散热效率，为了选择合适风扇，增加风扇的散热效果，转发单元的盒式结构也可以考虑使用2u的高度。

基于此模块化架构设计的一款模块化路由器，系统连接同图2，使用cxp接口连接。

包转发单元101设计参见图3所示，可选择支持4个或8个接口子卡，见201；202为散热风扇，因关键芯片功率较大，可以使用热管将热量导到风口位置改善散热；203为直流电源单元；204为通信用的以太网接口。在实际设计中，可以支持2层处理板，最大可扩展支持8t处理带宽；如果后面板空间紧张也可以使用boa(boardmountopticalassembly，在板光模块)，通过光连接器连接到后面板。

图4所示为交换网板示意，301为cxp光模块接口(2x12路)，302为交换网芯片，为了连接更多的包转发单元，需要两个芯片分别出一半的serdes总线到同一个光模块，此方案最多支持连接24个包转发单元。

本实施例提供一种模块化硬件架构及基于此架构实现的通信设备，可以有效解决前面述及的各个问题。主要包括：

1.此模块化架构可以实现灵活的配置，很方便实现系列化，解决了光接口单板用于小插箱的性价比低问题。每一台包转发单元都是一台独立的路由器，2-3台可以采用fullmesh连接；不同数量的包转发单元可以连接集成交换网单元，配置不同数量的交换网板满足不同配置需求；

2.使用光纤互联回避了光波导背板技术及工艺不成熟的问题，也省去了 使用背板的费用及高速通道长度约束；

3.使用标准的光模块接口替代了使用光连接器，回避了系列不全、正交光连接器技术不成熟及需要定制的困难；

4.每个包转发单元独立考虑散热设计，无系统级散热设计的相互影响，也增加了可靠性，一个单元的散热问题解决了，系统的散热问题也就解决了；

5.对于配置规模较小，可以考虑使用标准的cxp、qsfp28电缆连接代替光连接，可以节省连接成本；

6.系统规模不受插箱约束，可以配置较大带宽的系统，本专利的实例可以支持24个包转发单元，系统总处理带宽可以达到192tbps，如果交换网板增加交换网芯片还可以支持更大系统。相比集群系统同样省去大系统插箱的设计，交换网只需要工作在单级模式，省去了一半的交换网芯片。

模块化架构主要是参见图2示意，采用标准光模块接口，通过模块化思想，实现系统的灵活配置，满足系统不断提高的交换总线速率下实现大系统的需求，并且控制成本在可接受范围。

系统可以使用传统的路由器多级多平面交换(clos)架构及套片实现，也可以使用超级云路由器的叶脊架构(spine-leaf)，通过无损以太网实现各单元间的控制、管理，并实现控制、转发面分离等。

包处理单元101的实现主要关注光互联接口，根据模块的交换容量选择合适的接口形式等满足带宽及面板空间需求；包转发单元的散热是另一个重点，需要根据芯片功耗及内部布局优化散热满足要求；管理、控制面的通信接口及硬件管理接口、时钟接口等根据需要合理安排即可。

交换板的设计关键在光接口的选择，需要参考包转发单元的选择，如果有多片交换网芯片还要注意将不同交换网芯片的总线等分汇总到各个光模块中便于支持更多的包转发单元。

连接距离较近时选择双轴电缆组件替代光缆连接可以节省连接成本，标准的光模块接口基本都有对应电缆组件，25g速率时使用qsfp28形式较合适，使用cxp的线缆较粗，但qsfp28又会带来占用面板空间较多问题，需要根据方案和需求综合选择。

综上可知，通过本发明的实施，至少存在以下有益效果：

本发明提供了一种模块化路由器，通过将现有技术中常用的一体化插箱形式的路由器拆分为多个模块化的包转发单元和集中的交换单元，通过线缆替代背板实现连接，这样，包转发单元的数量及设置位置不再受制于插箱内的背板，解决了现有路由系统容量及规模受限的问题。

进一步的，每个包转发单元独立考虑散热设计，无系统级散热设计的相互影响，也增加了可靠性。

以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。