一种具有环自愈功能的E1双环网的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种具有环自愈功能的E1双环网。

背景技术：

由于E1传输(即2.048M的传输链路)具有稳定的传输时延和传输抖动，故以其高稳定性作为传输资源广泛应用于通讯领域。

由若干个环网节点通过一E1线路依次循环连接构成环网。当环网上的某一节点占用某一时隙语音通话或数据传输时，这一节点的接收端(RX)将接收对应时隙的数据，同时将待发送的数据从发送端(TX)以同样的时隙发出。环网上本站点不占用的时隙，需要将接收端(RX)接收到的数据从发送端(TX)的对应时隙透传出去，以便后面的站点使用。

然而，现有的环网采用单向环结构，如果有E1传输线路故障或者节点故障(包括节点的电源故障、死机、软件故障、硬件故障等)，将导致整个环网通信中断。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出了一种具有环自愈功能的E1双环网，该环网的每个节点分别配置有第一E1接口、第二E1接口；通过每个节点分别配置有第一E1接口、第二E1接口的连接，构成数据流方向相反的主用环和备用环；在环网发生E1链路故障的状态下，故障E1链路的前、后节点分别将第二E1接口、第一E1接口的数据环回(LoopBack)，主用环上的数据在故障E1链路的前节点处环回到备用环，备用环上的数据反向传输，在各节点上透传直至被故障E1链路后节点接收，解决了现有环网发生线路故障时，环网通信被中断的问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种具有环自愈功能的E1双环网，包括若干依次循环连接的主用节点。每个主用节点分别配置有第一E1接口、第二E1接口。本主用节点通过第一E1接口接收前一主用节点发送的数据；本主用节点对第一E1接口接收的数据进行处理，并通过第二E1接口向后一主用节点发送处理后的数据。本主用节点通过第二E1接口接收后一主用节点的发送的数据；本主用节点的第二E1接口接收到的数据直接透传到本主用节点的第一E1接口上，通过第一E1接口向前一主用节点发送透传后的数据。在环网出现E1链路故障的状态下，故障E1链路的前一主用节点将第二E1接口发送的数据环回成第二E1接口接收的数据，故障E1链路的后一主用节点将第一E1接口发送的数据环回成第一E1接口接收的数据。

进一步地，主用节点包含E1驱动模块、FPGA模块、CPU模块。E1驱动模块用于驱动第一E1接口、第二E1接口。CPU模块接收E1驱动模块发送的链路状态信号，根据该链路状态信号判断E1链路是否正常，并在本主用节点与相邻的主用节点发生E1链路故障的状态下，控制FPGA模块。FPGA模块与E1驱动模块相连接。在环网出现E1链路故障的状态下，故障E1链路的前一主用节点通过FPGA模块将第二E1接口的发送数据环回成第二E1接口的接收数据；故障E1链路的后一主用节点通过FPGA模块将第一E1接口的发送数据环回成第一E1接口的接收数据。

进一步地，在环网未出现E1链路故障的状态下，本主用节点的FPGA模块通过第一TDM总线接收来自第一E1接口的接收接口所接收的数据，FPGA模块对该数据进行处理，并将处理后数据通过第二TDM总线发送到第二E1接口的发送接口上。FPGA模块通过第二TDM总线接收来自第二E1接口的接收接口所接收的数据，FPGA模块并将该数据透传到第一TDM总线上，通过第一TDM总线发送到第一E1接口的发送接口上。在环网出现E1链路故障的状态下，故障E1链路的前一主用节点的FPGA模块将待通过第二TDM总线发送到第二E1接口的数据内部环回，FPGA模块并将该数据透传到第一TDM总线，通过第一TDM总线发送到第一E1接口的发送接口上。故障E1链路的后一主用节点的FPGA模块将待通过第一TDM总线发送到第一E1接口的数据内部环回，FPGA模块对环回的该数据进行处理，并将相应的发送的数据通过第二TDM总线发送到第二E1接口的接收接口上。

进一步地，主用节点包含第一多选一切换开关、第二多选一切换开关。本主用节点在无节点故障的状态下，本主用节点的第二E1接口的发送接口发送的数据通过第一多选一切换开关发送到后一主用节点的第一E1接口的接收接口上。本主用节点的第一E1接口的发送接口发送的数据通过第二多选一切换开关发送到前一主用节点的第二E1接口的接收接口上。本主用节点在未开机或有电源故障的状态下，第一多选一切换开关将本主用节点的第一E1接口的接收接口接收到的数据直接传输到后一主用节点的第一E1接口的接收接口上。并且，第二多选一切换开关将本主用节点的第二E1接口的接收接口接收到的数据直接传输到前一主用节点的第二E1接口的接收接口上。

进一步地，还包括若干备用节点。备用节点与主用节点的结构相同。每个备用节点分别与各主用节点一一并联。备用节点用于在与其并联的主用节点发生故障时，替代该主用节点的工作。

进一步地，主用节点、备用节点分别包含第一多选一切换开关、第二多选一切换开关。在本主用节点无节点故障的状态下，本主用节点的第二E1接口的发送接口发送的数据通过第一多选一切换开关发送到后一主用节点和备用节点的第一E1接口的接收接口上。本主用节点的第一E1接口的发送接口发送的数据通过第二多选一切换开关发送到前一主用节点和备用节点的第二E1接口的接收接口上。本备用节点的第一多选一切换开关、第二多选一切换开关分别将第二E1接口、第一E1接口的发送接口悬空。

进一步地，在本主用节点有节点故障的状态下，本主用节点的第一多选一切换开关、第二多选一切换开关分别将第二E1接口、第一E1接口的发送接口悬空。本备用节点的第二E1接口的发送接口发送的数据通过第一多选一切换开关发送到后一主用节点和备用节点的第一E1接口的接收接口上。本备用节点的第一E1接口的发送接口发送的数据通过第二多选一切换开关发送到前一主用节点和备用节点的第二E1接口的接收接口上。

进一步地，在本主用节点、本备用节点同时出现电源故障的状态下，本主用节点的第一多选一切换开关将本主用节点的第一E1接口的接收接口接收到的数据直接传输到后一主用节点和备用节点的第一E1接口的接收接口上。并且，第二多选一切换开关将本主用节点的第二E1接口的接收接口接收到的数据直接传输到前一主用节点和备用节点的第二E1接口的接收接口上。本备用节点的第一多选一切换开关将本备用节点的第一E1接口的接收接口接收到的数据直接传输到后一主用节点和备用节点的第一E1接口的接收接口上。并且，第二多选一切换开关将本备用节点的第二E1接口的接收接口接收到的数据直接传输到前一主用节点和备用节点的第二E1接口的接收接口上。

本发明的有益效果：

(1)该环网的每个节点分别配置有第一E1接口、第二E1接口；每个节点通过第一E1接口、第二E1接口的连接，构成数据流方向相反的主用环和备用环；在环网发生E1链路故障或者节点故障的状态下，故障E1链路的前、后节点分别将第二E1接口、第一E1接口的数据环回，主用环上的数据在故障E1链路的前节点处环回到备用环，备用环上的数据反向传输，在各节点上透传直至被故障E1链路的后节点接收，保证了环网发生线路故障时，环网通信不被中断。

(2)该环网的节点在发生节点故障时，不将主用环的数据环回到备用环上，而是通过多选一切换开关将该故障节点旁路，使得接收的数据直接传输到后一节点，避免在环网中多个节点发生故障时，采用数据环回技术将环网切分成多个独立的小环网。

(3)该环网各节点上包含相并联的主用节点和备用节点；在主用节点发生节点故障时，用备用节点替代主用节点工作，保证本地节点的正常工作。

(4)该环网无论是正常还是环自愈，各主用节点或备用节点之间只处理使用主用环上的数据，不处理使用备用环上的数据；这样，环网不会受到环自愈的影响。

附图说明

图1为本发明的具有环自愈功能的E1双环网的第一实施例的电路示意图。

图2为图1所示的E1双环网在发生E1链路故障时的数据流流向示意图。

图3为图1中主用节点的第一实施例的电路示意图。

图4为图3中E1驱动模块11与FPGA模块12的数据流流向示意图。

图5为图1所示的E1双环网在发生节点故障时采用数据环回方式的数据流流向示意图。

图6为图1中主用节点的第二实施例的电路示意图。

图7为图1所示的E1双环网在发生节点故障时采用故障节点旁路方式的数据流流向示意图。

图8为本发明的具有环自愈功能的E1双环网的第二实施例的电路示意图。

图9为图8中主用节点或备用节点的电路示意图。

图10为图8中一个节点处主备用节点冗余的电路示意图。

其中，图1至图10的附图标记为：主用环10、备用环20；E1驱动模块11、FPGA模块12、CPU模块13、第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

如图1所示，一种具有环自愈功能的E1双环网。包括若干依次循环连接的主用节点。

每个主用节点配置有第一E1接口、第二E1接口。每个主用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)连接前一主用节点(前一主用节点是指通过主用环将数据发送到本主用节点的主用节点)的第二E1接口的发送接口(tx1)，各主用节点依此循环连接构成主用环10。并且，每个主用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)连接前一主用节点的第一E1接口的发送接口(tx0)，各主用节点依此循环连接构成备用环20。

本主用节点(本发明所说的“本主用节点”指的是环网中的任意一主用节点)通过第一E1接口的接收接口(rx0)接收前一主用节点发送的数据；本主用节点对第一E1接口接收的数据进行处理，并通过第二E1接口的发送接口(tx1)向后一主用节点发送处理后的数据。

本主用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)接收到后一主用节点的发送的数据；本主用节点的第二E1接口接收到的数据直接透传到本主用节点的第一E1接口的发送接口(tx0)上。本主用节点不对第二E1接口的接收接口(rx1)接收到的数据进行处理。

也就是说，环网上的各主用节点通过主用环10和备用环20组成双向环网。且环网上的各主用节点之间只使用主用环10上的数据，不使用备用环20上的数据。

在各主用节点的运行正常的状态下，如果本主用节点的E1状态有本端告警或者远端告警，则认为前后主用节点之间的E1链路出现故障，此时，故障E1链路前后的两个主用节点会分别在内部将对应E1接口的数据发送环回至数据接收。E1链路故障包括主用环10和/或备用环20的E1链路故障。

具体地，故障E1链路的前一主用节点会在内部将第二E1接口的发送接口(tx1)的数据发送环回成接收接口(rx1)的数据接收。后一主用节点会在内部将第一E1接口的发送接口(tx0)的数据发送环回成接收接口(rx0)的数据接收。

如图2所示，如果主用节点3和主用节点4之间的一条或两条E1链路发生异常；此时，主用节点3将其第二E1接口的发送接口(tx1)的发送数据环回至接收接口(rx1)；主用节点4发送将其第一E1接口的发送接口(tx0)的发送数据环回至接收接口(rx0)。此时，环网上的真实数据流如图中线30所示。主用节点3的第二E1接口发送的数据环回后到达备用环20，数据在备用环20上透传，直到主用节点4的第一E1接口环回后，回到主用环10。

具体地，如图3所示，各主用节点包含E1驱动模块11、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)模块、CPU模块13。

E1驱动模块11与FPGA模块12采用TDM(时分多路复用)总线相连接；FPGA模块12与CPU模块13采用PCI总线相连接；CPU模块13与E1驱动模块11采用管理总线相连接。

E1驱动模块11用于驱动第一E1接口、第二E1接口，完成数据的收发。CPU模块13接收E1驱动模块11发送的链路状态信号，根据该链路状态信号判断E1链路是否正常，并在本主用节点与相邻的主用节点发生E1链路故障的状态下，控制FPGA模块12。FPGA模块12与E1驱动模块11相连接。

在环网出现E1链路故障的状态下，故障E1链路的前一主用节点通过FPGA模块12将第二E1接口的发送数据环回成第二E1接口的接收数据；故障E1链路的后一主用节点通过FPGA模块12将第一E1接口的发送数据环回成第一E1接口的接收数据。

FPGA模块12用于协助CPU模块13完成会议混音、语音数据交换、信令数据、网关数据的收发等功能。FPGA模块12将PCI总线上的数据交换到TDM总线上。FPGA模块12可将语音送给连接电路模拟分机的CODEC芯片。FPGA也可以将语音送给CPU模块13，由CPU模块13转成网络数据送给IP话机。

本发明的数据环回实际上是通过FPGA模块12实现的，而不是通过E1驱动模块11实现数据回环。CPU模块13通过管理总线接收E1驱动模块11发送的链路状态信号，根据该链路状态信号判断E1链路是否正常，并在E1链路故障时控制FPGA模块12实现TDM数据内部的回环。

如果采用E1驱动模块11将TDM数据回环，那么可能会导致链路状况变化不能被检测到。也就是说，如果出现链路故障时，采用E1驱动模块11环回后，链路故障会认为已消失，那么实际的链路故障是否恢复将无从得知。

E1驱动模块11与FPGA模块12有两个TDM总线，分别是第一TDM总线(TDM0)、第二TDM总线(TDM1)。第一TDM总线(TDM0)用于实现FPGA模块12与第一E1接口进行数据收发。第二TDM总线(TDM1)用于实现FPGA模块12与第二E1接口进行数据收发。

图4为图3中E1驱动模块11与FPGA模块12的数据流流向示意图。需要解释的是，为了使本领域技术人员较直观的理解FPGA模块12实现数据环回的过程，图4中引入了单刀双掷开关A、单刀双掷开关B，通过演示单刀双掷开关A、单刀双掷开关B的切换过程，来很好的表达E1驱动模块11与FPGA模块12的数据流流向；实际电路中并不存在单刀双掷开关A、单刀双掷开关B。

在链路无故障的状态下，FPGA模块12通过第一TDM总线(TDM0)接收来自第一E1接口的接收接口(rx0)所接收的数据(如同图4中的单刀双掷开关A切至b处)，FPGA模块12对该数据进行处理，并将相应的处理的数据通过第二TDM总线(TDM1)发送到第二E1接口的发送接口(tx1)上。FPGA模块12通过第二TDM总线(TDM1)接收来自第二E1接口的接收接口(rx1)所接收的数据(如同图4中的单刀双掷开关B切至d处)，FPGA模块12并将该数据透传(如图4中的线路e所示)到第一TDM总线(TDM0)上，通过第一TDM总线(TDM0)发送到第一E1接口的发送接口(tx0)上。

在链路有故障的状态下，前一主用节点的FPGA模块12将待通过第二TDM总线(TDM1)发送到第二E1接口的数据内部环回(如同图4中的单刀双掷开关B切至c处)，FPGA模块12并将该数据透传到第一TDM总线(TDM0)，通过第一TDM总线(TDM0)发送到第一E1接口的发送接口(tx0)上。后一主用节点的FPGA模块12将待通过第一TDM总线(TDM0)发送到第一E1接口的数据内部环回(如同图4中的单刀双掷开关A切至a处)，FPGA模块12对环回的该数据进行处理，并将相应的发送的数据通过第二TDM总线(TDM1)发送到第二E1接口的接收接口(tx1)上。链路故障恢复后，环网将检测到故障消失，恢复到环自愈之前的状态。

实施例2：

如图5所示，实施例1中所述的数据环回方式也可以用于环网的主用节点发生节点故障的情况。然而，如果在环网有多个不相临的主用节点发生节点故障，数据回环的方式会将环网切分成多个独立的小环网。

如图6所示，在实施例1的基础上，本实施例中的各主用节点还包含第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15。第一多选一切换开关14的不动端子(开关不可选切的一端)与后一主用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)相连接。第二多选一切换开关15的不动端子与前一主用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)相连接。

本发明采用第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15将发生节点故障的主用节点旁路，可以避免这种问题。

具体地，第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15分别为单刀双掷开关。在本主用节点无节点故障的状态下，第一多选一切换开关14的切换端子与第二E1接口的发送接口(tx1)相连接；第二E1接口的发送接口(tx1)发送的数据通过第一多选一切换开关14发送到后一主用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)上。第二多选一切换开关15的切换端子与第一E1接口的发送接口(tx0)相连接；第一E1接口的发送接口(tx0)发送的数据通过第二多选一切换开关15发送到前一主用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)上。

在本主用节点未开机或有节点故障的状态下，第一多选一切换开关14的切换端子切换至第一E1接口的接收接口(rx0)；第一多选一切换开关14将本主用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)接收到的数据直接传输到后一主用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)上，第一多选一切换开关14将所在的本主用节点旁路。并且，第二多选一切换开关15的切换端子切换至第二E1接口的接收接口(rx1)；第二多选一切换开关15将本主用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)接收到的数据直接传输到前一主用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)上，第二多选一切换开关15将所在的本主用节点旁路。

本主用节点发生电源故障时，第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15切换导致E1透传。由于透传，本主用节点的上、下主用节点的设备均没有E1线路告警，环网依然正常，只是故障主用节点退出了环网而已。图7所示，例如，主用节点3发生节点故障，主用节点3的第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15切换后，从E1信号的角度看，主用节点3就是一段线缆，可以认为主用节点2与主用节点4直接相连，主用节点3如同不存在。此时，环网上真实的数据流依然为主用环10。如果多个主用节点同时发生节点故障，则通过继电器切换导致E1透传，没有故障的站点依然在一个环网中，只是这些故障主用节点都退出了环网而已。此时，环网上真实的数据流依然为主用环10。节点故障恢复后，环网将检测到故障消失，恢复到环自愈之前的状态。

实施例3：

实施例2中，当主用节点发生节点故障时，故障的主用节点由于多选一切换开关的旁路作用将退出环网，以实现环网自愈。此时，该故障的主用节点将无法与环上其它主用节点通信。为此，在本实施例中，采用了主备节点冗余，增加环网可靠性。

具体地，如图8所示，环网上还包括若干个备用节点。备用节点与主用节点的结构相同。每个备用节点分别与各主用节点通过串口一一并联，实现主备冗余。备用节点用于在与其并联的主用节点发生故障时，替代该主用节点的工作。

如图9所示，与实施例2的区别在于，环网上的各主用节点(以及备用节点)的第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15分别改用为单刀三掷开关，较将单刀三掷开关多出一个悬空的切换端子。

环网中，主用节点无节点故障时，只通过主用节点处理环网上的信息。同时，主用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)、第二E1接口的接收接口(rx1)分别直接与备用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)、第二E1接口的接收接口(rx1)一一连接。备用节点处于热备状态，通过主、备用节点之间的线缆通信，使自己的状态量与主用节点的状态量实时同步一致，这样在主、备用节点切换后，当前的所有通信状态依然保持延续，比如通过环网通话的两台话机不会因为环网上有主用节点切换而通话断线。主用节点将环网状态信息(如语音时隙占用占用情况，站点呼叫通话状态等)通知备用节点，以便备用节点切换为主用节点时，数据库是最新的，对环网的影响降至最低。

如图10所示，为环网中一个节点处主用节点、备用节点的结构示意图(图9中第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15只示意了两个切换端子，悬空的切换端子未示出)。主用节点、备用节点分别通过第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15控制第一E1接口、第二E1接口的发送接口(tx0、tx1)与环网断开还是接入环网。

具体地，本主用节点无节点故障时，本主用节点通过第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15分别将第二E1接口的发送接口(tx1)、第一E1接口的发送接口(tx0)接入环网；备用节点的第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15的切换端子分别切换到悬空的切换端子上，将第二E1接口的发送接口(tx1)、第一E1接口的发送接口(tx0)与环网断开。

也就是说，本主用节点无节点故障时，本主用节点的第二E1接口的发送接口(tx1)发送的数据通过第一多选一切换开关14发送到后一主用节点和备用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)上。本主用节点的第一E1接口的发送接口(tx0)发送的数据通过第二多选一切换开关15发送到前一主用节点和备用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)上。本备用节点的第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15分别将第二E1接口、第一E1接口的发送接口(tx0)悬空。

当本主用节点发生节点故障时，则备用节点切换替代主用节点工作。备用节点通过第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15分别将第二E1接口的发送接口(tx1)、第一E1接口的发送接口(tx0)接入环网。同时，备用节点通过冗余线缆控制主用节点的第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15切换到悬空的切换端子上，使得主用节点的第二E1接口的发送接口(tx1)、第一E1接口的发送接口(tx0)与环网断开。

具体地，本主用节点的第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15分别将第二E1接口、第一E1接口的发送接口悬空。本备用节点的第二E1接口的发送接口(tx1)发送的数据通过第一多选一切换开关14发送到后一主用节点和备用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)上。本备用节点的第一E1接口的发送接口(tx0)发送的数据通过第二多选一切换开关15发送到前一主用节点和备用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)上。

以上过程完成了主、备用节点，故障之前的主用节点由于节点故障改为备用节点，故障之前的备用节点接管业务，改为主用节点。

如果是备用节点故障，则无需切换主、备用节点，只是主用节点通过冗余线缆控制备用节点的第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15切换到悬空的切换端子上，使得备用节点的第一E1接口的发送接口(tx0)、第二E1接口的发送接口(tx1)与环网断开。

某处的主、备用节点在相互切换时，其相邻(包括上行、下行)的主、备用节点会收到E1告警后，导致数据环回自愈。此时，环网上真实的数据流会流经主用环10和备用环20，此时环网通信依然正常，只是其它节点发现为这个节点退出了环网。切换完成后E1告警消失，环网恢复正常。此时，环网上真实的数据流依然为主用环10，此时这个节点又重新进入环网。由于切换时间很短，所以故障主用节点很快便于环网恢复通信。

在切换瞬间会发送环网数据错误，表现为语音中断，信令错包。然而由于主、备用节点之间状态数据是同步的，已建立的通话在切换完成后不会中断。信令错包会由于超时重发机制而恢复。主、备用节点都有看门狗电路，如果死机会重启，重启时变为备用站点。

当本主用节点、备用节点都发生节点故障时，主用节点、备用节点的第一多选一切换开关14、第二多选一切换开关15分别将所在的该处的两个节点分别旁路。

具体地，本主用节点第一多选一切换开关14将本主用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)接收到的数据直接传输到后一主用节点和备用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)上。并且，第二多选一切换开关15将本主用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)接收到的数据直接传输到前一主用节点和备用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)上。

本备用节点第一多选一切换开关14将本备用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)接收到的数据直接传输到后一主用节点和备用节点的第一E1接口的接收接口(rx0)上。并且，第二多选一切换开关15将本备用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)接收到的数据直接传输到前一主用节点和备用节点的第二E1接口的接收接口(rx1)上。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本发明的保护范围之内。