一种节能型网络交换机的软件设计

李菊叶

(陕西理工学院物理与电信工程学院，陕西汉中723003)

当前，大多数交换机生产厂商都将交换机的功能提升，集中在提高其交换速度，偏向智能型等方向.随着计算机的普及和网络的迅速发展，尤其对于中国这样一个人口众多、居住密集的发展中国家来说，宽带进入校园、企业、家庭为交换机的广泛应用提供了基础.对于一台交换机，所消耗的电能也许不算太大，但在一个校园、企业、居民区所使用的局域网内，交换机的数量众多，这样所耗费的电能就不容忽视了.因此，研究节能型网络交换机已经迫在眉睫.

1 节能型网络交换机的工作原理

图1 节能型网络交换机设计原理框图

节能型网络交换机的主要功能是为了实现节能，所以笔者采用手动与自动相结合的方法进行控制.手动主要是远程控制开关机，利用单片机控制低功耗YE－222E编码电路和SC2272－L4解码电路实现无线发射和接收，进而在有效距离里实现手动远程控制交换机开关机.自动控制主要是利用单片机内部定时器实现24 h控制，结合交换机的具体工作时间，利用软件设置合适的工作时间实现对交换机的定时开关机控制.利用以上2个方法，基本上就可以实现交换机节能的目的.而采用无线收发模块，可以延长控制距离，增强可靠性，降低成本，使系统更加灵活.发射模块 YE－222E和2272共有8根地址线，每个地址线有3种状态:高、低和悬空，所以可控制的对象最多有3的8次方个，可以实现多通路控制模式;YE－222E实现信号的发射，送出当前的地址编码和数据位数据，当2272与YE－222ER地址相同时，并接收到2个帧以上的YE－222E发送的串行码2272才开始接收YE－2262发送的数据［1］.系统框图如图1所示，主要包括单片机最小系统、时间显示模块、按键调整模块、无线发射模块、无线接收模块.总体来说，分为2个部分:控制器部分和接收部分.控制部分以单片机AT89C51为控制核心，完成定时及键盘扫描工作，实时向发送芯片YE－222E发送数据，从而有效地使YE－222E与接受芯片2272进行通信，采用动态LED显示.接收部分的核心是接受模块SC2272，可实时接受YE－222E发送的数据，通过光电耦合电路，继电器接口电路等进行实时控制网络交换机的工作状态.

2 软件的设计思想

系统开机运行后经过初始化，设定好当前时间并加以显示，然后判断定时标志是否开启，定时时间与当前时间比较，若相同，执行开启或者关闭命令.判断手动操作按键是否按下，按下，关闭定时标志，执行按键程序，控制交换机的开启与关闭，直到定时标志开启，继续执行定时程序(见图2).

图2 软件总体设计流程图

2.1 软件设计模块

2.1.1 动态显示 动态显示要求CPU时刻对显示器件进行数据刷新，在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是非常短暂的，约1 ms，由于人眼的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管各位显示器并非点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感［2］.动态程序见图3所示.

图3 动态显示流程图

2.1.2 动态显示程序清单 对于本设计而言，基于单片机系统的LED显示时钟的调试，主要集中在对LED显示部分的调试以及单片机的定时器和中断程序的调试.

动态显示调试

调试结果:6个LED顺序显示数字0～6.

2.2 单独按键程序设计及按键调试 键盘设计所需要解决的问题是编码键盘和非编码键盘2种类型.键盘实际上是一组按键开关的集合，其中每一个按键就是一个开关量输入装置.键的闭合与否，取决于机械弹性开关的通、断状态.反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，若高电平表示断开，则低电平表明键闭合.所以，通过电平状态的检测，便可确定相应按键是否已被按下.为了使CPU对一次按键动作只确认一次，必须排除抖动的影响，可以从硬件及软件2个方面着手解决［3］.硬件防抖技术通过硬件电路消除按键过程中抖动的影响是一种广为采用的措施，此技术工作可靠且节省机时;采用软件方法进行防抖，当第一次检测到有键按下时，先用软件延时(10～20 ms)，而后再确认该键电平是否仍维持闭合状态电平，若保持闭合状态电平，则确认此键确已按下，从而消除了抖动的影响［4］.

程序清单

调试结果:1～4号键顺序按下时，对应的发光点亮.

2.3 定时器程序设计及中断调试 8051单片机的定时器/计数器T0(T1)为6位计数器，有4种工作方式.本设计需要T0定时10 s，直接使用表1中的4种方式均不能达到要求.如果采用方式1，定时100 ms，则中断10次时间为100 ms×100=10 000 ms=10 s.

程序清单

调试结果:T0产生10 s的定时中断，当定时时间一到，8个发光二极管全灭，并持续延时一段.

3 系统测试及数据分析

3.1 距离测试 距离测试如表1所示.

表1 距离测试

3.2 自动模式调试 当LED数码管显示为临界时间时，通过软件让单片机控制YE－222E给2272发送信号，开启或切断交换机的工作电源.测试过程如下:当每天10:00，单片机发送开启信号使得交换机电源接通，开始工作，22:00时，发送关闭信号使交换机电源切断.测试情况如表2所示.

表2 定时开关试验数据

表3 手动模式实验数据

3.3 手动模式调试 手动模式可以随机控制交换机的工作时间，达到实时有效地利用交换机的目的，如表3所示.

3.4 多通路模式 在试验一个操作对象的基础上，笔者进行了多通道测试，用一个单片机控制多个交换机，而且控制对象需要在不同的地方，只要在控制器的方圆几百米范围内就可以实现远程控制［5］，如表4所示.

表4 多通路实验数据

4 小结

笔者对节能型网络交换机的研究方向，主要集中在如何实现其自动控制，利用单片机加一定的外围电路控制交换机，可实现定时开关机和手动开关机.对于定时开关机，可通过单片机内部的定时器实现;对于手动开关机，可通过单片机控制红外发射和接收模块实现远程控制;在此基础上，尽可能实现自动开关机，即检测到没有数据流通时实现自动关机，当检测到有用户请求时也能实现自动开关机，进而实现智能化.这些功能的实现将会节省很多的人力和物力资源，并且对交换机的智能化发展将会有一个很大的进步和提升.

［1］杨思宇，王津津.基于模糊神经网络的自适应控制系统的设计［J］.计算机与应用化学，2011，28(6):709－712.

［2］谢绍宇，王秀丽.考虑网损及电压约束的发输电系统可靠性评估［J］.电力系统自动化，2011，25(2):1－5.

［3］张勇军，石辉.配电网节能潜力评估系统开发方案［J］.电力系统自动化，2011，35(2):51－54.

［4］丁广文.一种基于PIC单片机的红外遥控器系统［J］.河北工业大学学报，2003，32(2):40－43.

［5］陈享成，耿长青.基于单片机的LCD显示终端设计［J］.电力自动化设备.2007，27(9):110－113.