多用户扩展系统.pdf

本发明涉及电话/数据通信系统中的用户容量扩展方案，公开了一种多用户扩展系统，使得在需要扩展用户特别是扩展少量用户时，能够完成系统小容量的平滑升级，并且降低系统扩展的成本和管理的复杂度。这种多用户扩展系统包含主机框和从机框，主机框包含主机框业务板模块和主控处理板模块，从机框包含从机框业务板模块；主控处理板模块通过主机框的背板或者面板和主机框业务板模块连接，主控处理板模块通过主机框的点对点总线接口利用级联电缆和从机框业务板模块相连；主机框业务板模块和从机框业务板模块用于用户业务的响应和处理；主控处理板模块用于主机框业务板模块和从机框业务板模块的管理、业务汇聚和用户带宽控制。

1.  一种多用户扩展系统，其特征在于包含主机框和从机框，所述主机框中设置有主机框业务板模块和主控处理板模块，所述从机框中设置有从机框业务板模块，其中
所述主控处理板模块和所述主机框业务板模块连接，所述主控处理板模块通过所述主机框的点对点总线接口和所述从机框业务板模块相连，并且
所述主机框业务板模块和从机框业务板模块用于用户业务的响应和处理；
所述主控处理板模块用于主机框业务板模块和从机框业务板模块的管理、业务汇聚和用户带宽控制。

2.  根据权利要求1所述的多用户扩展系统，其特征在于，所述主机框中设置有两块互为主备关系的主控处理板模块或只有一块主控处理模块，并且
所述从机框业务板模块能够对所述主控处理板模块进行的主备控制和切换进行响应。

3.  根据权利要求1所述的多用户扩展系统，其特征在于，所述主机框的点对点总线接口可通过低压差分信号、快速以太网、正电源发射极耦合逻辑电路中的一种方式实现。

4.  根据权利要求1所述的多用户扩展系统，其特征在于，所述从机框业务板包含接口防护子模块，用于外部电缆和内部电路的隔离和防护。

5.  根据权利要求1所述的多用户扩展系统，其特征在于，所述主控处理板模块通过定时扫描或者中断的方式对新插入的模块进行注册管理和业务配置。

6.  根据权利要求1所述的多用户扩展系统，其特征在于，所述主机框中设置有两块互为主备关系的主控处理板模块或只有一块主控处理模块，并且还包含接口转接板模块；
所述主控处理板模块通过所述主机框的点对点总线接口利用级联电缆和所述接口转接板模块相连，所述接口转接板模块通过所述从机框的背板和所述从机框业务板模块相连；
所述接口转接板模块用于外部总线电缆和内部电路的隔离和防护，完成所述主备主控处理板模块通路的选择和切换并用于电平的转换。

7.  根据权利要求6所述的多用户扩展系统，其特征在于，所述主机框的点对点总线接口采用低压差分信号、快速以太网、正电源发射极耦合逻辑电路中的一种方式实现。

8.  根据权利要求7所述的多用户扩展系统，其特征在于，所述接口转接板模块包含接口防护子模块、电平变换子模块和主备控制子模块；
所述接口防护子模块通过级联电缆和所述主机框的点对点总线接口连接，所述接口防护子模块和所述主备控制子模块连接，所述接口防护子模块和所述电平变换子模块连接，所述电平变换子模块和所述主备控制子模块连接，所述主备控制子模块和所述从机框业务板模块连接，其中，
所述接口防护子模块用于实现接口转接板模块外部电缆和内部电路的隔离和防护；
所述主备控制子模块用于完成所述主备主控处理板模块通路的选择和切换；
所述电平变换子模块用于实现控制信号的差分电平到晶体管-晶体管逻辑电平的转换。

9.  根据权利要求4或8所述的多用户扩展系统，其特征在于，所述接口防护子模块在接口的防护上可以采用变压器或者交流耦合的形式。

多用户扩展系统
技术领域
本发明涉及电话/数据通信系统中的用户容量扩展方案，特别涉及电话/数据通信系统中的小规模的用户容量扩展方案。
背景技术
随着社会的发展，对电话和数据业务的需求的用户数不断的增加，根据国际数据公司(International Data Cooperation，简称“IDC”)的一项统计数据显示，在世界网络业务中，电话业务年增长率为10％，数据业务年增长率为40％，这就要求不断提高通信设备的密度。
许多电信设备是插槽式设备，我们可以将一个42U(1U＝1.75英寸)高的机柜划分为若干个机框，例如，将之划分为6个机框，每个机框的可用高度为6U，其余高度为各机框之间间距。其中，机框是插槽式设备的基础单元，只要加入适当的板卡就能够形成一定的通信功能。按照现在通用的19英寸标准机柜的设计规格和配置的灵活性，一个物理实体，例如机框，只能提供有限的用户接入，如何实现对用户接入容量的平滑升级，是通信业界面临的普遍问题。
为了实现用户容量的扩展，现有的通信业界的解决方案一般都是采用基于主从机框的概念来实现。当系统需要接入的用户超出一个物理实体的能力时，通过增加一个物理实体来实现扩展用户接入的能力。两个实体的管理基于主从节点的管理，通过在从设备即增加的物理实体上运行一种协议和主设备即原来的物理实体之间实现通信，完成对从设备的代理功能。这样可以实现一个主设备管理几个从设备，完成对系统的平滑升级。例如，当在一定的话务量模型下计算出系统接入用户共需要1.5个物理实体的容量，但由于物理实体数目在实际应用时是离散的，因此，此时必须配置2个物理实体，它们之间采用基于主从设备的管理，这样就可以实现用户接入的扩展。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：采用基于主从设备的解决方案扩展用户接入容量，当需要扩展的用户数量比较少时，实现成本较高，管理比较复杂，不利于产品快速进入市场。
造成这种情况的一个主要原因在于，现有的技术方案不管需要增加多少用户，都采用增加物理实体的方法来实现，当系统只需要增加少量的用户时，例如理论上只需要1.1个物理实体的容量时，也需要同样的系统结构，即需要采用两个基于主从设备管理的物理实体来实现，由于要运行两个物理实体并且需要进行主从设备的管理，造成系统的成本和管理的复杂度的增加，也不利于产品的迅速市场化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多用户扩展系统，使得在需要扩展用户特别是扩展少量用户时，能够完成系统小容量的平滑升级，并且降低系统扩展的成本和管理的复杂度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多用户扩展系统，包含主机框和从机框，所述主机框中设置有主机框业务板模块和主控处理板模块，所述从机框中设置有从机框业务板模块，其中
所述主控处理板模块和所述主机框业务板模块连接，所述主控处理板模块通过所述主机框的点对点总线接口和所述从机框业务板模块相连，并且
所述主机框业务板模块和从机框业务板模块用于用户业务的响应和处理；
所述主控处理板模块用于主机框业务板模块和从机框业务板模块的管理、业务汇聚和用户带宽控制。
另外，所述主机框中设置有两块互为主备关系的主控处理板模块或只有一块主控处理模块，并且
所述从机框业务板模块能够对所述主控处理板模块进行的主备控制和切换进行响应。
所述主机框的点对点总线接口可通过低压差分信号、快速以太网、正电源发射极耦合逻辑电路中的一种方式实现。
所述从机框业务板包含接口防护子模块，用于外部电缆和内部电路的隔离和防护。
所述主控处理板模块通过定时扫描或者中断的方式对新插入的模块进行注册管理和业务配置。
另外，所述主机框中设置有两块互为主备关系的主控处理板模块或只有一块主控处理模块，并且还包含接口转接板模块；
所述主控处理板模块通过所述主机框的点对点总线接口利用级联电缆和所述接口转接板模块相连，所述接口转接板模块通过所述从机框的背板和所述从机框业务板模块相连；
所述接口转接板模块用于外部总线电缆和内部电路的隔离和防护，完成所述主备主控处理板模块通路的选择和切换并用于电平的转换。
所述主机框的点对点总线接口采用低压差分信号、快速以太网、正电源发射极耦合逻辑电路中的一种方式实现。
所述接口转接板模块包含接口防护子模块、电平变换子模块和主备控制子模块；
所述接口防护子模块通过级联电缆和所述主机框的点对点总线接口连接，所述接口防护子模块和所述主备控制子模块连接，所述接口防护子模块和所述电平变换子模块连接，所述电平变换子模块和所述主备控制子模块连接，所述主备控制子模块和所述从机框业务板模块连接，其中，
所述接口防护子模块用于实现接口转接板模块外部电缆和内部电路的隔离和防护；
所述主备控制子模块用于完成所述主备主控处理板模块通路地选择和切换；
所述电平变换子模块用于实现控制信号的差分电平到晶体管-晶体管逻辑电平的转换。
所述接口防护子模块在接口的防护上可以采用变压器或者交流耦合的形式。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，不同于现有的多用户扩展的解决方案，本发明方案不采用主从节点的方式而采用点对点总线，通过级联线缆连接到从机框背板上从而实现业务板的扩展。在设备管理和业务处理上，从机框业务板等同于主机框业务板，主从设备之间属于框间级联关系。本发明方案不需要在从机框中运行从节点等协议，不需要在从机框中进行业务汇聚，从机框中不进行业务板的管理，对从机框业务板模的所有操作都放到主机框中实现，从机框只实现物理链路上的扩展。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即系统设计开发简单，只有少量的无源器件、电平转换芯片和驱动电平，因此降低了多用户扩展的系统成本；由于对从机框业务板的管理和主机框的管理一致，不需要对原来的软件体系结构进行任何更改，不需要运行主从节点的管理协议，因此系统的管理更加简单；由于系统设计开发简单、成本较低、管理简单，因此能够快速响应市场的需求，满足用户的要求。
图1为根据本发明的一个具体实施例的多用户扩展系统的结构图；
图2为根据本发明的一个具体实施例的接口转接板模块的结构图。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明设计的出发点是主设备在背板或者面板上直接预留点对点总线，通过级联线缆连接到从机框背板上，从而实现和从机框业务板对接，在设备管理和业务处理上，从机框的业务板等同于主机框的业务板，从而实现业务板的扩展。本方案主从设备之间属于框间级联关系。
下面结合本发明的一个具体实施例来说明。图1示出根据本发明的一个较佳实施例的系统结构图。
如图所示，本实施例的多用户扩展系统由主机框10和从机框20构成。其中，主机框10中设置有若干块主机框业务板模块11和两个主控处理板模块12；从机框20中设置有若干块从机框业务板模块21和一个接口转接板模块22。主机框10为原有的机框，从机框20是为了实现系统容量的扩充而增加的机框。在具体实施中，从机框根据实际的需要可以配置多个。
主控处理板模块12通过主机框10的背板或者面板和主机框业务板模块11连接，主控处理板模块12通过主机框10的点对点总线接口利用总线电缆和从机框20的接口转接板模块22连接，接口转接板模块22通过从机框20的背板和从机框业务板模块21相连。
主机框10用于安置主机框内的各个模块并对外提供点对点总线接口以供级联。在本发明的一个较佳实施例中，该机框在19英寸标准机柜中划出空间来实现，它对外提供的点对点总线使用低压差分信号(Low VoltageDifferential Signal，简称“LVDS”)，总线电缆可以从面板也可以从背板引出。熟悉本领域的技术人员可以理解，点对点总线实现的形式可以有多种，例如还可以是快速以太网(Fast Ethernet，简称“FE”)、正电源发射极耦合逻辑电路(Pseudo/Positive Emitter Coupled Logic，简称“PECL”)等总线结构。
主机框业务板模块11为主机框10的业务板，用于用户业务的响应和处理。该业务板和一般通用的业务板兼容。在本发明的一个较佳实施例中，采用市场上通用的业务板实现。
主控处理板模块12的功能主要有主机框业务板模块11和从机框业务板模块21的管理、业务汇聚和用户带宽控制，如果为了增加系统的可靠性，还可以在该模块中加上隔离、防护和对应于接口转接板模块22的电平转换的功能。其中业务汇聚是指将多个主机框业务板模块11和从机框业务板模块21的业务流汇聚成一个业务流并进行收敛，例如将1000个1M的用户业务流汇聚成1个100M的业务流。系统支持主机框业务板模块11和从机框业务板模块21的热插拔，当有新的主机框业务板模块11或者从机框业务板模块21插入时，产生一个中断上报给主控处理板模块12，主控处理板模块12实时响应中断完成对新插入的业务板模块的注册管理、业务的配置等初始化处理。熟悉本领域的技术人员可以理解，主控处理板模块12也可以采用定时扫描的方式实现主机框业务板模块11和从机框业务板模块21的插入管理，由于定时扫描的速度为毫秒数量级，因此也能很好的实现主机框业务板模块11和从机框业务板模块21的插入管理。为了保证系统的可靠性，在本发明的一个较佳实施例中，使用两个主控处理板模块12，它们之间为主备关系，其中一个主控处理板模块12是另一个主控处理板模块12的备用，当正在使用的主控处理板模块12不工作时系统实时切换，使用备用的主控处理板模块12。熟悉本领域的技术人员不难理解，只使用一个主控处理板模块12完全可以实现系统的功能，只是会造成系统稳定性的下降。
从机框20用于安置从机框内的各个模块。和现有的基于主从的多用户扩展系统有所不同，本发明不需要在从机框20中运行从节点等协议，不需要在从机框20中进行业务汇聚，从机框20中不进行业务板的管理。对从机框业务板模块21的所有操作都放到主机框10中实现，从机框20只实现物理链路上的扩展。在本发明的一个较佳实施例中，为了以后系统扩充的方便，从机框20也对外提供点对点总线接口以供下一级机框级联，总线电缆可以从面板也可以从背板引出。
从机框业务板模块21为从机框20的业务板，用于用户业务的响应和处理。它的功能和主机框业务板模块11类似，在增加了接口转接板模块22后，不需要在从机框业务板模块21中进行接入总线的接口防护和电平转换等功能时，从机框业务板模块21可以和主机框业务板模块11兼容。在本发明的一个较佳实施例中，从机框业务板模块21和主机框业务板模块11兼容，从机框业务板模块21的业务通过级联总线和主机框10的主控处理板模块12进行业务的交互，完成用户业务的接入和管理。
接口转接板模块22用于外部总线电缆和内部电路的隔离和防护，完成主备主控处理板模块12通路的选择和切换并用于电平的转换。熟悉本领域的技术人员可以理解，外部总线电缆和内部电路的隔离和防护可以不用，并不影响系统功能的实现，只是会造成系统的性能和稳定性降低；同样，主备主控处理板模块12通路的选择和切换并用于电平的转换都可以不需要。因此接口转接板模块22可以省略，如果不考虑从机框以后可以扩展到主从节点的方式，可以考虑把主机框10上级联线缆和从机框业务板模块21直接连接，省掉一个槽位，提高系统设计的密度，但是此时从机框业务板模块21需要根据总线传送的信号形式做一些改动，例如增加隔离和防护、主备选择切换和电平转换等功能。在本发明的一个较佳实施例中，是为了工程上系统的稳定性需要而增加接口转接板模块22。
在本发明的一个较佳实施例中的接口转接板模块22的结构图如图2。
接口转接板模块22包含接口防护子模块31、电平变换子模块32和主备控制子模块33。
接口防护子模块31通过总线电缆41和主机框10的点对点总线接口连接，总线电缆41为双向总线，用于传递差分电平的业务信号和控制信号；接口防护子模块31通过总线电缆43和主备控制子模块33连接，总线电缆43为双向总线，传递差分电平的业务信号；接口防护子模块31通过电缆42和电平变换子模块32连接，电缆42为单向传输，将差分电平的控制信号从接口防护子模块31传送到电平变换子模块32；电平变换子模块32通过电缆44和主备控制子模块33连接，电缆44为单向传输，将晶体管-晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic，简称“TTL”)电平的控制信号从电平变换子模块32传送到主备控制子模块33；主备控制子模块33通过总线电缆45和从机框业务板模块21连接，总线电缆45为双向总线，传输差分(TTL)电平的业务信号。
接口防护子模块31实现接口转接板模块22外部电缆和内部电路的隔离和防护，例如对静电的防护，以提高设备的可靠性。在本发明的一个较佳实施例中，接口防护子模块31通过变压器进行隔离，利用瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，简称“TVS”)(管)进行防护处理。熟悉该领域的技术人员可以理解，接口防护子模块31可以采用变压器和交流耦合等多种形式实现。
主备控制子模块33完成主备主控处理板模块12通路的选择和切换。具体实现时，该模块通过主控处理板模块12传送过来的信号来决定选择和切换，该模块使用带选择功能的差分驱动器实现。
电平变换子模块32实现电缆42上控制信号的差分电平到TTL电平的转换，从而控制主备控制子模块33实现通路的选择和切换。
在本发明的另一个较佳实施例中，从机框20中不包含接口转接板模块22，而是采用将从机框业务板模块21直接与主控处理板模块12相连接的方式。为了提高设备的可靠性，需要在从机框业务板模块21上添加一个接口防护子模块，用于实现外部电缆和内部电路的隔离和防护，例如对静电的防护。该接口防护子模块可以采用变压器和交流耦合等多种形式实现。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。