专利名称：数据交换设备和方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，具体涉及远程监控系统中的数据交换技术，更具体地说，涉及一种10M以太网与E1各时隙内部HDLC之间的数据交换设备和方法。
在现有远程监控设备中，数据的传输通常采用的是点对点的方式，即利用E1基群的一个64K时隙提供一个同步透明串口给数据传输。这种方法对每一个传输通道都要采用一对传输设备，从而导致了成本较贵，另外，在采用这种方式下，如果通道数很多，对应每个通道都要接入一个串口，如果这些串口都要接到同一台计算机上，进行集中处理时，就显得接线过于复杂，工程量大。也有采用MODEM拨号方式，这种方式的速度较慢，并且采用MODEM传输容易产生连接中断，本身并不适合于工业控制的实时性与可靠性的要求。
本发明的目的是提供一种数据交换设备和方法，可以有效解决多路数据的传输和上网问题，通过这种设备或使用这种方法可以利用E1的各个时隙建立独立的数据传输通道，实现E1基群的各时隙与以太网之间的数据交换，降低传输设备所需成本，简化组网方式和工程量，并且此方式的实时性和可靠性相对于MODEM的传输也有很大的提高。
为解决上述问题，通过E1基群的30个时隙(除掉时隙0和时隙16)建立不同的数据传输通道。提供30路数据的接入，然后将30路数据按一定的帧格式进行TCP打包，接入到以太网中。这样实现了数据的集中处理，节约了成本，简化了组网方式，在接入通道数目多时，工程量大大降低。
按照本发明提供的数据交换设备，其特征在于，包括E1接口单元、以太网接口单元以及连接在所述E1接口单元与所述以太网接口单元之间的数据处理单元，所述E1接口单元包括HDB3码和内部PCM通道波形之间的转换单元以及对线路报警信息处理及显示的单元，所述数据处理单元接收来自内部PCM通道上的多路HDLC数据，并将此数据进行HDLC解包后，根据一定的内部协议进行打包，通过TCP模块发送到以太网接口单元；同时，对来自以太网接口单元的从以太网上发来的数据包，先进行解包，对解包后的数据根据内部处理协议分别发送到不同的数据传输通道缓冲区内，然后再对不同通道数据缓冲区内部的数据进行HDLC打包发出到内部PCM通道的相应时隙上，所述以太网接口单元包括以太网波形和板内波形之间的转换并实现于标准10-base以太网的接口。
按照本发明提供的数据交换设备，其特征在于，所述的E1接口单元主要由E1接口芯片DS2154和E1接口变压器PE-68825构成，采用拨码开关进行阻抗匹配使之适用于75W同轴电缆或120W平衡双绞线，完成内部PCM通道和外部E1接口之间的转换。
按照本发明提供的数据交换设备，其特征在于，所述数据处理单元包括MC68MH360用于配合软件实现对30路HDLC数据进行接收，所述MC68MH360通过串行控制器SCC与MC68160相连，与PE-68025以太网接口变压器数据一起构成以太网接口完成TCP/IP数据收发。
本发明的数据交换方法，可以将E1线路上传输的多路HDLC数据传输到以太网上，其特征在于，所述方法包括以下步骤对上行数据由E1接口输入，转换为内部PCM码流，由CPU接收PCM码流各通道上的HDLC数据，并将此数据进行TCP/IP打包，传输到以太网上；对下行数据由以太网接口输入，由CPU进行TCP/IP解包，然后根据解包后数据的内部协议，将此数据分别放到指定的通道上，再进行HDLC协议打包发送到PCM通道上，最后由E1接口输出E1信号。
本发明的数据交换方法，其特征在于，所述由E1接口输入的上行数据中包含多路HDLC数据，每路HDLC数据占用一个E1时隙，所述经E1接口转换为HW后，由CPU在相应时隙上对各通道HDLC数据进行解包，在上述过程中，先将接收到的数据存入到此通道对应的HDLC数据接收缓冲区内，然后再去处理下一路HDLC数据。
本发明的数据交换方法，其特征在于，所述各通道数据传输到以太网上是通过TCP来完成的，各通道数据从HDLC接收数据缓冲区读入后，根据其通道号、长度等信息进行成帧处理，再经过TCP协议打包后，经以太网接口传输到以太网上。
本发明的数据交换方法，其特征在于，所述从以太网输入下行数据是通过在CPU上运行TCP Sever实现的，在建立与太网上设备SOCKET连接后，接收以太网上设备所送来的数据包，并根据此包所包含的通道及长度信息，将收到的数据存放到对应通道的HDLC发送缓冲区中，然后进行HDLC数据打包发送到指定时隙，从而完成整个数据处理过程。
实施本发明提供的数据交换设备和方法，可以通过此完成多路数据上网，在组网中，利用一个本发明提供的这种设备可以带30个端局，并且每个端局可以以不同的带宽进行传输，从而大大提高了组网的灵活性，节约了传输成本。数据直接上以太网，便于进行后续处理，组网结构清晰，降低了工程量。
结合附图和实施例，进一步说明本发明设备和方法的特点，附图中
图1是说明本发明的数据交换方法的处理流程示意图；图2是说明本发明的数据交换方法实施例中TCP服务器的流程框图；图3是说明本发明的数据交换方法实施例中HDLC接收中断的流程框图；图4是说明本发明的数据交换方法实施例中HDLC发送中断的流程框图；图5是说明本发明的数据交换设备的逻辑结构示意图；图6是说明本发明的数据交换设备应用系统的结构示意图；本发明利用了E1线路的时隙和子时隙的概念，E1基群分为32个时隙，每个时隙是8比特，如果将每个时隙内8bit进行细分，可以让数据占用时隙的部分带宽，时隙细分的方法即子时隙的各时隙内，数据通过HDLC(高级数据链路控制)协议传输，数据可以占用一个时隙的1~8位(根据传输速率的要求可以选择不同的带宽)，通过本发明提供的数据交换设备，可以将E1线路中的多个时隙(最多30路)的以HDLC协议打包的数据解出后，再将此多路数据根据一定协议进行TCP/IP打包，传输到以太网上。另一发明，该设备同时也接收以太网上的数据，并将收到的数据根据一定的协议分别以HDLC协议打包发送到指定的E1时隙中，从而可以完成以太网和E1各时隙通道中的数据交换。之所以采用一定的协议是为了保证在以太网上的设备可根据此协议识别数据的来源，而不会将各路数据混淆。
具体而言，本发明提供的将E1线路上传输的多路HDLC数据传输到以太网上的方法，包括以下环节上行数据由E1接口输入，转换为HW，然后通过CPU接收此HW上的各通道的HDLC数据后，再将此数据进行TCP/IP打包，传输到以太网上；下行数据由以太网接口输入，由CPU进行TCP/IP解包，然后根据解包后数据的内部协议，将此数据分别放到指定的通道上，再进行HDLC协议打包发出，最后由E1接口输出E1信号。
结合图1说明本发明方法的各个模块的功能如下从功能上可以划分为三大部分，即E1接口部分1，数据处理部分2、以太网接口部分3。E1接口部分1完成E1线路上传输的HDB3码和内部HW波形之间的转换，并且完成有关线路的报警信息等的处理及显示。
数据处理部分2完成接收E1线路上的多路HDLC数据，并将此数据进行HDLC解包后，根据一定的内部协议进行打包，通过TCP模块发送到以太网上；对从以太网上发来的数据包，数据处理部分首先进行解包，对解包后的数据根据内部处理协议分别发送到不同的通道缓冲区内，然后再对不同通道数据缓冲区内部的数据进行HDLC打包发出到HW的相应时隙上。
以太网接口部分3主要完成以太网上的波形和板内波形之间的转换。实现于标准10M以太网的接口。
作为实现本发明上述数据交换方法的一个实施例的软件包括2个中断(物理层接收中断和物理层接收中断)，一个TCP Server任务，其中，物理层接收部分工作在中断方式下。当CPU的逻辑通道接收到一个完整的HDLC帧后，将产生中断，执行中断模块。中断模块将调用链路层的接收函数，将接收到的数据传送给链路层，同时从链路层得到新的接收缓冲区；物理层发送部分工作在中断方式下。当CPU的逻辑通道发送完一个完整的HDLC帧后，将产生中断，执行中断模块。中断模块将调用链路层的发送处理函数，释放发送缓冲区，然后从发送队列中取出下一块数据，交给物理层发送；TCP Server采用单任务，循环工作方式。开始时进入″等待与网络上运行的设备建立socket连接″的状态，当连接建立后，进入与网络上运行设备通讯的状态。任务采用非阻塞I/O。在一个循环完成之后，进行任务切换，将CPU交给其他就绪的任务。
上述TCP服务器程序流程如图2所示，在框201中开始，在框202中创建Socket连接，在框203中绑定端口，在框204中，设置连接等待队列长度，在框205中，接受连接请求，在框206中，判断是否收到网络数据，如果收到网络数据，在框207中，分析网络接收数据并发送到对应时隙，在框208判断3秒时间间隔已到否，如已到3秒时间间隔，则在框209中检查E1接收队列，有数据则打包上网，如未到3秒时间间隔，则转框210中判断是否连续20秒未收到网络设备握手信号，如是则转到框202，如否则转到框206。
图3给出了HDLC接收中断的工作流程。如图所示，在框301中开始，在框302中开设新缓冲区，在框303，将接收到的数据放入接收队列，在框304中修改并返回新的缓冲区指针，在框305返回。
图4给出了HDLC发送中断的工作流程。如图所示，在框401中开始，在框402中检查发送缓冲区是否为空，在框403释放发送缓冲区，在框404从接收队列取出下一个数据包，在框405，将数据包交给物理层发送，在框406中断返回。
在实施本方法的数据交换设备中，实际所用到的主要芯片如图5所示，E1接口模块主要由E1接口芯片DS2154和E1接口变压器PE-68825构成，采用拨码开关进行阻抗匹配的方法，可以使本系统适用于75W同轴电缆或120W平衡双绞线。通过此电路可以完成内部HW和外部E1信号之间的转换。数据处理模块采用的MC68MH360，在软件支持下，它可以实现对30路(每时隙对应一路)HDLC数据进行接收，数据在一个时隙内占用的带宽可以设定。MC68MH360可以通过串行控制器SCC与MC68160相连，与PE-68025以太网接口变压器数据一起构成以太网接口，在软件控制下完成TCP/IP数据收发。在此系统中，MC68MH360作为CPU完成系统最核心的数据处理功能。
在实际工作中，采用E1线路送入多路HDLC数据，每路HDLC数据占用一个E1时隙，经E1接口模块转换为HW后，输入到MC68MH360，MC68MH360在HW的相应时隙上，将HDLC数据进行解包，并将接收到的数据存入到此通道对应的HDLC数据接收缓冲区内，然后再去处理下一路HDLC数据。各通道的数据传输到以太网是通过TCP来完成的，各通道数据从HDLC接收数据缓冲区读入后，根据其通道号、长度等信息进行成帧处理，再经过TCP模块的SOCKET发出。经以太网接口传输到以太网上。数据从以太网上接收的过程是通过运行一个TCP Sever，等待以太网上设备与其建立SOCKET连接后，接收以太网上设备所送来的数据包，并根据此包所包含的通道及长度信息，将收到的数据存放到对应通道的HDLC发送缓冲区中，等待进行HDLC数据打包发送到指定时隙，从而完成整个数据处理过程。
在图6示出的一个应用实例中，数据通过远端的数据接入设备实现接入，将数据经过HDLC打包后插入到2M线路的一个时隙中，经过传输交换设备进行交换收敛后，将各个远端的数据交换到一条2M线路上，送入数据上网器中进行处理，与局域网LAN连接的数据上网器即可通过网络与数据处理设备进行数据交换。此处，要求远端数据接入设备有将数据通过HDLC协议打包后接入到E1的一个时隙的能力。
权利要求
1.一种在以太网与E1各时隙内部HDLC数据进行交换的设备，其特征在于，包括E1接口单元、以太网接口单元以及连接在所述E1接口单元与所述以太网接口单元之间的数据处理单元，所述E1接口单元用于进行HDB3码和内部PCM通道之间的转换以及对线路报警信息处理及显示，所述数据处理单元接收来自E1接口单元接收到的多路HDLC数据，并将此数据进行HDLC解包后，根据一定的内部协议进行打包，通过TCP模块发送到以太网接口单元；同时，对来自以太网接口单元的从以太网上发来的数据包，先进行解包，对解包后的数据根据内部处理协议分别发送到不同的通道缓冲区内，然后再对不同通道数据缓冲区内部的数据进行HDLC打包发出到PCM通道的相应时隙上，所述以太网接口单元包括以太网波形和板内波形之间的转换并实现于标准10M以太网的接口。
2.根据权利要求1所述的数据交换设备，其特征在于，所述E1接口单元主要由E1接口芯片DS2154和E1接口变压器PE-68825构成，采用拨码开关进行阻抗匹配使之适用于75W同轴电缆或120W平衡双绞线，完成内部PCM通道和外部E1信号之间的转换。
3.根据权利要求1所述的数据交换设备，其特征在于，所述数据处理单元包括MC68MH360用于配合软件实现对30路HDLC数据进行接收，所述MC68MH360通过串行控制器SCC与MC68160相连，与PE-68025以太网接口变压器数据一起构成以太网接口，通过软件处理，完成TCP/IP数据收发。
4.一种数据交换方法，可以将E1线路上传输的多路HDLC数据传输到以太网上，其特征在于，所述方法包括以下步骤对上行数据由E1接口输入，转换为内部PCM码流，由CPU接收内部PCM各时隙通道上的HDLC数据，并将此数据进行TCP/IP打包，传输到以太网上；对下行数据由以太网接口输入，由CPU进行TCP/IP解包，然后根据解包后数据的内部协议，将此数据包分别放到指定的通道缓冲区中，再进行HDLC协议打包后通过内部PCM通道指定时隙发出，最后由E1接口输出E1信号。
5.根据权利要求4所述的数据交换方法，其特征在于，所述由E1接口输入的上行数据中包含多路HDLC数据，每路HDLC数据占用一个E1时隙，所述经E1接口转换为内部PCM码流后，由CPU在相应时隙上对各通道HDLC数据进行解包，在上述过程中，先将接收到的数据存入到此通道对应的HDLC数据接收缓冲区内，然后再去处理下一路HDLC数据。
6.根据权利要求4所述的数据交换方法，其特征在于，所述各通道数据传输到以太网上是通过TCP来完成的，各通道数据从HDLC接收数据缓冲区读入后，根据其通道号、长度等信息进行成帧处理，再经过TCP协议处理后经以太网接口传输到以太网上。
7.根据权利要求4所述的数据交换方法，其特征在于，所述从以太网输入下行数据是通过在CPU上运行TCP Sever实现的，在建立与太网上设备SOCKET连接后，接收以太网上设备所送来的数据包，并根据此包所包含的通道及长度信息，将收到的数据存放到对应通道的HDLC发送缓冲区中，等待进行HDLC数据打包发送到指定时隙，从而完成整个数据处理过程。
全文摘要
一种在以太网与E1各时隙内部HDLC进行数据交换的设备和方法,通过E1基群的30个时隙建立不同的数据传输通道,提供30路数据直接接入以太网,然后将30路数据按一定的帧格式进行TCP打包,接入到以太网中。利用这种数据交换设备和方法进行多路数据上网,每个端局可以以不同的带宽进行传输,从而提高组网灵活性,节约组网和传输成本。
文档编号H04L12/64GK1302140SQ99124689
公开日2001年7月4日 申请日期1999年12月29日 优先权日1999年12月29日
发明者邱锦 申请人:深圳市华为电气股份有限公司