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      工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)的制作方法

      文檔序號(hào):7751528閱讀:256來源:國知局
      專利名稱:工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種交換機(jī),尤其涉及一種針對(duì)變電站環(huán)境下的工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換 機(jī),屬于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      P0F塑料光纖宜于連接,光的耦合效率也較高,同時(shí)還兼有柔軟、抗彎曲、耐震動(dòng)、 抗輻射、價(jià)格便宜、施工方便等優(yōu)點(diǎn),可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石英光纖及銅纜,非常適合應(yīng)用于連接 點(diǎn)較多的復(fù)雜工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)境。目前世界上多家公司、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)紛紛加入這個(gè)行列,并投 入了大量人力、物力。塑料光纖作為銅纜、石英光纖的替代產(chǎn)品,其應(yīng)用也得到各種技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)的支持,如以太網(wǎng)、1394、ATM等均已制定相關(guān)的P0F技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)變電站環(huán)境下使用的以太網(wǎng)交換機(jī)對(duì)抗干擾能力、傳輸時(shí)延、響應(yīng)速度和信 息定向傳輸?shù)刃阅芫哂休^高要求。目前,國內(nèi)大型變電站都有全光纖數(shù)字化變電系統(tǒng)的 需求,而國外類似的工業(yè)用光纖交換機(jī)價(jià)格昂貴,技術(shù)性能保障差,不能滿足現(xiàn)有發(fā)展的需要。到目前為止,國內(nèi)還沒有研制出針對(duì)變電站環(huán)境下的工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)性能存在的缺陷,而提出一種抗干擾能力 強(qiáng)、傳輸時(shí)延小、響應(yīng)速度快、信息定向傳輸性能好的變電站環(huán)境下使用的工業(yè)光纖以太網(wǎng) 交換機(jī)。本發(fā)明的工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī),其結(jié)構(gòu)包括控制集成模塊、交換集成模塊和光 纖集成模塊,交換集成模塊分別與控制集成模塊和光纖集成模塊雙向相連。所述光纖集成模塊包括至少兩個(gè)獨(dú)立的子光纖集成模塊,每個(gè)子光纖集成模塊均 與交換集成模塊雙向連接,并各自連接對(duì)應(yīng)的外圍光纖終端設(shè)備。所述控制集成模塊通過串口 RS-232與網(wǎng)管計(jì)算機(jī)連接。該交換機(jī)還包括狀態(tài)指示燈,所述狀態(tài)指示燈與交換集成模塊連接。本發(fā)明可對(duì)我國變電系統(tǒng)的發(fā)展提供可靠技術(shù)保障,并能完全滿足變電站各種設(shè) 備的信息交換要求,總體具有如下有益效果1、宜于組網(wǎng)布線,適合應(yīng)用于連接點(diǎn)較多的復(fù)雜工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)境;2、采用高速硬件交換、可靠的抗干擾措施及可二次集成的網(wǎng)絡(luò)管理軟件,可靠性 尚;3、能滿足惡劣環(huán)境下電力自動(dòng)化系統(tǒng)要求,抗干擾能力強(qiáng)、傳輸時(shí)延小、信息定向 傳輸性能好,符合電力通信IEC 61850的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范;4、采用大規(guī)模FPGA技術(shù),將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及環(huán)網(wǎng)協(xié)議算法采用FPGA硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn),使 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間達(dá)到硬件線速級(jí)。


      圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖,圖中A、B均表示子光纖集成模塊。圖2為本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
      具體實(shí)施例方式本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括控制集成模塊、交換集成模塊、光纖集成模 塊和狀態(tài)指示燈,其中控制集成模塊由中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器NVRAM、內(nèi)部存儲(chǔ)器 SDRAM和程序存儲(chǔ)器FLASH構(gòu)成,CPU通過內(nèi)部總線與各存儲(chǔ)器互連,控制集成模塊中的CPU 通過串口 RS-232與網(wǎng)管計(jì)算機(jī)連接;交換集成模塊由數(shù)據(jù)交換模塊、以太網(wǎng)協(xié)議模塊和環(huán) 網(wǎng)協(xié)議模塊(S-Ring模塊)構(gòu)成,以太網(wǎng)協(xié)議模塊和環(huán)網(wǎng)協(xié)議模塊均與數(shù)據(jù)交換模塊相連, 數(shù)據(jù)交換模塊通過外部總線與控制集成模塊中的CPU和NVRAM連接,狀態(tài)指示燈也與數(shù)據(jù) 交換模塊接口連接;光纖集成模塊包括至少兩個(gè)子光纖集成模塊,每個(gè)子光纖集成模塊均 通過數(shù)據(jù)線與交換集成模塊中的數(shù)據(jù)交換模塊連接,每個(gè)子光纖集成模塊的輸入輸出端連 接各自對(duì)應(yīng)的外圍光纖終端設(shè)備。每個(gè)子光纖集成模塊接收對(duì)應(yīng)的外圍光纖終端設(shè)備發(fā)來的光信號(hào),并轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)送至交換集成模塊進(jìn)行處理,交換集成模塊的動(dòng)作由控制集成模塊控制,處理后的電信 號(hào)再由各子光纖集成模塊轉(zhuǎn)換成光信號(hào)送至對(duì)應(yīng)的外圍光纖設(shè)備,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例如下控制集成模塊采用可編程邏輯器件FPGA芯片MT5129,其內(nèi)部由32位CPU處理器、 SDRAM、FLASH、NVRAM以及一些外圍電路構(gòu)成。CPU主要運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制和系 統(tǒng)管理軟件;FLASH用于存儲(chǔ)交換機(jī)所需的所有軟件和相關(guān)配置;SDRAM在系統(tǒng)啟動(dòng)后載入 FLASH中的程序,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行;與CPU相連的串口 RS-232在與網(wǎng)管計(jì)算機(jī)連接之間 接入變壓器電路,用于將串口 RS-232的電信號(hào)進(jìn)行電壓變換后再連入網(wǎng)管計(jì)算機(jī)的串口。交換集成模塊采用大規(guī)模FPGA芯片IP3009S,用于實(shí)現(xiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)換控制、以太網(wǎng) 協(xié)議、協(xié)議接口及環(huán)網(wǎng)協(xié)議算法等,通過總線與控制集成模塊中的CPU完成數(shù)據(jù)傳輸。該設(shè) 計(jì)將以太網(wǎng)協(xié)議、環(huán)網(wǎng)協(xié)議算法直接在交換集成模塊內(nèi)部生成硬件電路,極大地提高了系 統(tǒng)的響應(yīng)速度和設(shè)備技術(shù)指標(biāo)。子光纖集成模塊采用KM32-A3S,主要完成光纖信號(hào)的輸入/輸出轉(zhuǎn)換。控制集成模塊通過軟件對(duì)交換集成模塊進(jìn)行控制,系統(tǒng)管理軟件運(yùn)行過程中的數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)在控制集成模塊內(nèi)部的NVRAM中,交換集成模塊直接讀取NVRAM中的數(shù)據(jù)。該設(shè)計(jì) 極大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和設(shè)備技術(shù)指標(biāo)。以650nm光纖為例,以工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)為核心組成的局域網(wǎng)位于0SI (開放 系統(tǒng)互連)參考模型的第二層,即數(shù)據(jù)鏈路層,處理的信息形式是位于第二層的數(shù)據(jù)幀。光纖交換機(jī)的數(shù)據(jù)交換過程主要包括地址學(xué)習(xí)、過濾和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)、消除回路等階 段。a)MAC地址表的學(xué)習(xí)。交換機(jī)在工作中會(huì)了解到與每個(gè)端口相連接設(shè)備的MAC地 址,并建立MAC地址與對(duì)應(yīng)端口的映射關(guān)系,然后將其保存在交換機(jī)的MAC地址表中。交換機(jī)采用的是直通轉(zhuǎn)發(fā)方式,允許交換機(jī)在檢查到數(shù)據(jù)幀中的目標(biāo)地址時(shí)就開 始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。目標(biāo)設(shè)備的地址(MAC地址)在數(shù)據(jù)幀中占用6個(gè)字節(jié),即只需要接收到前6個(gè)字節(jié)就可以開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。當(dāng)交換機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí),它會(huì)在MAC地址表中查詢目標(biāo)端口,如果找到了 該端口(目標(biāo)設(shè)備的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口號(hào)),便將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到該端口,否則會(huì)將該數(shù)據(jù) 幀泛洪到除發(fā)出該數(shù)據(jù)幀的源端口外的其他所有端口。交換機(jī)中有一個(gè)MAC地址表,它具有兩個(gè)主要功能一是跟蹤連接到交換機(jī)上的 設(shè)備,建立設(shè)備與交換機(jī)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;二是當(dāng)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀后,通過MAC地址表可 以決定將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口。對(duì)于新接入到網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)而言,其MAC地址表為空, 應(yīng)通過學(xué)習(xí)功能來填充MAC地址表。b)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。數(shù)據(jù)幀中包含有源設(shè)備的MAC地址和目標(biāo)設(shè)備的MAC地址, 交換機(jī)利用已經(jīng)建立的MAC地址表快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)設(shè)備,然后通過對(duì)應(yīng)的端口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。c)消除回路。防止從某個(gè)端口發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸又回到源端口或其他端□。如圖2所示為本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,圖中與本發(fā)明交換機(jī)連接的外圍光 纖設(shè)備包括DH-I交換機(jī)、DH-V光電轉(zhuǎn)換器、DH-C接入網(wǎng)關(guān)、匯聚層交換機(jī)。
      權(quán)利要求
      一種工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī),其特征在于包括控制集成模塊、交換集成模塊和光纖集成模塊,交換集成模塊分別與控制集成模塊和光纖集成模塊雙向相連。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī),其特征在于所述光纖集成模塊包 括至少兩個(gè)獨(dú)立的子光纖集成模塊,每個(gè)子光纖集成模塊均與交換集成模塊雙向連接,并 各自連接對(duì)應(yīng)的外圍光纖終端設(shè)備。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī),其特征在于還包括狀態(tài)指示燈,所 述狀態(tài)指示燈與交換集成模塊連接。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī),其特征在于所述控制集成模塊通 過串口 RS-232與網(wǎng)管計(jì)算機(jī)連接。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種工業(yè)光纖以太網(wǎng)交換機(jī),屬于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)包括控制集成模塊、交換集成模塊和光纖集成模塊,交換集成模塊分別與控制集成模塊和光纖集成模塊雙向相連,所述光纖集成模塊包括至少兩個(gè)獨(dú)立的子光纖集成模塊,每個(gè)子光纖集成模塊均連接對(duì)應(yīng)的外圍光纖終端設(shè)備,控制集成模塊通過串口RS232與網(wǎng)管計(jì)算機(jī)連接。本發(fā)明采用大規(guī)模FPGA技術(shù),將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及環(huán)網(wǎng)協(xié)議算法等功能采用FPGA硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間達(dá)到硬件線速級(jí),抗干擾能力強(qiáng)、傳輸時(shí)延小,傳輸性能良好。
      文檔編號(hào)H04Q11/00GK101873262SQ201010200369
      公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
      發(fā)明者仇永生, 王勇 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)
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