专利名称：工业光纤以太网交换机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交换机，尤其涉及一种针对变电站环境下的工业光纤以太网交换 机，属于网络交换机技术领域。
背景技术：
P0F塑料光纤宜于连接，光的耦合效率也较高，同时还兼有柔软、抗弯曲、耐震动、 抗辐射、价格便宜、施工方便等优点，可代替传统的石英光纤及铜缆，非常适合应用于连接 点较多的复杂工业以太网环境。目前世界上多家公司、标准化协会纷纷加入这个行列，并投 入了大量人力、物力。塑料光纤作为铜缆、石英光纤的替代产品，其应用也得到各种技术标 准的支持，如以太网、1394、ATM等均已制定相关的P0F技术标准。工业变电站环境下使用的以太网交换机对抗干扰能力、传输时延、响应速度和信 息定向传输等性能具有较高要求。目前，国内大型变电站都有全光纤数字化变电系统的 需求，而国外类似的工业用光纤交换机价格昂贵，技术性能保障差，不能满足现有发展的需要。到目前为止，国内还没有研制出针对变电站环境下的工业光纤以太网交换机。
发明内容
本发明针对现有工业光纤以太网交换机性能存在的缺陷，而提出一种抗干扰能力 强、传输时延小、响应速度快、信息定向传输性能好的变电站环境下使用的工业光纤以太网 交换机。本发明的工业光纤以太网交换机，其结构包括控制集成模块、交换集成模块和光 纤集成模块，交换集成模块分别与控制集成模块和光纤集成模块双向相连。所述光纤集成模块包括至少两个独立的子光纤集成模块，每个子光纤集成模块均 与交换集成模块双向连接，并各自连接对应的外围光纤终端设备。所述控制集成模块通过串口 RS-232与网管计算机连接。该交换机还包括状态指示灯，所述状态指示灯与交换集成模块连接。本发明可对我国变电系统的发展提供可靠技术保障，并能完全满足变电站各种设 备的信息交换要求，总体具有如下有益效果1、宜于组网布线，适合应用于连接点较多的复杂工业以太网环境；2、采用高速硬件交换、可靠的抗干扰措施及可二次集成的网络管理软件，可靠性 尚；3、能满足恶劣环境下电力自动化系统要求，抗干扰能力强、传输时延小、信息定向 传输性能好，符合电力通信IEC 61850的标准和规范；4、采用大规模FPGA技术，将网络协议及环网协议算法采用FPGA硬件技术实现，使 系统响应时间达到硬件线速级。
图1为本发明的模块结构示意图，图中A、B均表示子光纤集成模块。图2为本发明的应用实例系统结构图。
具体实施例方式本发明的模块结构如图1所示，包括控制集成模块、交换集成模块、光纤集成模 块和状态指示灯，其中控制集成模块由中央处理器CPU、数据存储器NVRAM、内部存储器 SDRAM和程序存储器FLASH构成，CPU通过内部总线与各存储器互连，控制集成模块中的CPU 通过串口 RS-232与网管计算机连接；交换集成模块由数据交换模块、以太网协议模块和环 网协议模块(S-Ring模块)构成，以太网协议模块和环网协议模块均与数据交换模块相连， 数据交换模块通过外部总线与控制集成模块中的CPU和NVRAM连接，状态指示灯也与数据 交换模块接口连接；光纤集成模块包括至少两个子光纤集成模块，每个子光纤集成模块均 通过数据线与交换集成模块中的数据交换模块连接，每个子光纤集成模块的输入输出端连 接各自对应的外围光纤终端设备。每个子光纤集成模块接收对应的外围光纤终端设备发来的光信号，并转换成电信 号送至交换集成模块进行处理，交换集成模块的动作由控制集成模块控制，处理后的电信 号再由各子光纤集成模块转换成光信号送至对应的外围光纤设备，实现数据交换。本发明的一个具体实施例如下控制集成模块采用可编程逻辑器件FPGA芯片MT5129，其内部由32位CPU处理器、 SDRAM、FLASH、NVRAM以及一些外围电路构成。CPU主要运行嵌入式操作系统、网络控制和系 统管理软件；FLASH用于存储交换机所需的所有软件和相关配置；SDRAM在系统启动后载入 FLASH中的程序，保证系统正常运行；与CPU相连的串口 RS-232在与网管计算机连接之间 接入变压器电路，用于将串口 RS-232的电信号进行电压变换后再连入网管计算机的串口。交换集成模块采用大规模FPGA芯片IP3009S，用于实现光信号转换控制、以太网 协议、协议接口及环网协议算法等，通过总线与控制集成模块中的CPU完成数据传输。该设 计将以太网协议、环网协议算法直接在交换集成模块内部生成硬件电路，极大地提高了系 统的响应速度和设备技术指标。子光纤集成模块采用KM32-A3S，主要完成光纤信号的输入/输出转换。控制集成模块通过软件对交换集成模块进行控制，系统管理软件运行过程中的数 据存储在控制集成模块内部的NVRAM中，交换集成模块直接读取NVRAM中的数据。该设计 极大提高了系统的响应速度和设备技术指标。以650nm光纤为例，以工业光纤以太网交换机为核心组成的局域网位于0SI (开放 系统互连)参考模型的第二层，即数据链路层，处理的信息形式是位于第二层的数据帧。光纤交换机的数据交换过程主要包括地址学习、过滤和转发数据、消除回路等阶 段。a)MAC地址表的学习。交换机在工作中会了解到与每个端口相连接设备的MAC地 址，并建立MAC地址与对应端口的映射关系，然后将其保存在交换机的MAC地址表中。交换机采用的是直通转发方式，允许交换机在检查到数据帧中的目标地址时就开 始转发数据帧。目标设备的地址(MAC地址)在数据帧中占用6个字节，即只需要接收到前6个字节就可以开始转发数据帧。当交换机接收到一个数据帧时，它会在MAC地址表中查询目标端口，如果找到了 该端口(目标设备的MAC地址对应的端口号)，便将数据帧转发到该端口，否则会将该数据 帧泛洪到除发出该数据帧的源端口外的其他所有端口。交换机中有一个MAC地址表，它具有两个主要功能一是跟踪连接到交换机上的 设备，建立设备与交换机之间的对应关系；二是当接收到一个数据帧后，通过MAC地址表可 以决定将数据帧转发到哪个端口。对于新接入到网络中的交换机而言，其MAC地址表为空， 应通过学习功能来填充MAC地址表。b)数据转发和过滤。数据帧中包含有源设备的MAC地址和目标设备的MAC地址， 交换机利用已经建立的MAC地址表快速发现目标设备，然后通过对应的端口将数据转发出去。c)消除回路。防止从某个端口发出的数据经过网络传输又回到源端口或其他端□。如图2所示为本发明的应用实例系统结构图，图中与本发明交换机连接的外围光 纤设备包括DH-I交换机、DH-V光电转换器、DH-C接入网关、汇聚层交换机。
权利要求
一种工业光纤以太网交换机，其特征在于包括控制集成模块、交换集成模块和光纤集成模块，交换集成模块分别与控制集成模块和光纤集成模块双向相连。
2.根据权利要求1所述的工业光纤以太网交换机，其特征在于所述光纤集成模块包 括至少两个独立的子光纤集成模块，每个子光纤集成模块均与交换集成模块双向连接，并 各自连接对应的外围光纤终端设备。
3.根据权利要求1所述的工业光纤以太网交换机，其特征在于还包括状态指示灯，所 述状态指示灯与交换集成模块连接。
4.根据权利要求1所述的工业光纤以太网交换机，其特征在于所述控制集成模块通 过串口 RS-232与网管计算机连接。
全文摘要
本发明公开了一种工业光纤以太网交换机，属于网络交换机技术领域。其结构包括控制集成模块、交换集成模块和光纤集成模块，交换集成模块分别与控制集成模块和光纤集成模块双向相连，所述光纤集成模块包括至少两个独立的子光纤集成模块，每个子光纤集成模块均连接对应的外围光纤终端设备，控制集成模块通过串口RS232与网管计算机连接。本发明采用大规模FPGA技术，将网络协议及环网协议算法等功能采用FPGA硬件技术实现，系统响应时间达到硬件线速级，抗干扰能力强、传输时延小，传输性能良好。
文档编号H04Q11/00GK101873262SQ201010200369
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者仇永生, 王勇 申请人:南京邮电大学