CN103684848B - 一种自动配置的非管理型工业以太网交换机及其实现方法 - Google Patents

Abstract

一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，包括：以太网MAC模块、若干以太网物理层模块、微控制器，微控制器与以太网MAC模块之间通过控制线及数据线构成的监控通道进行通信，微控制器还通过监控线与以太网物理层模块连接；微控制器通过对以太网物理层模块和以太网MAC模块的通信状态进行监控，微控制器根据监控的状态分析判断当前网络连接拓扑结构，确定网络连接拓扑结构后选择对应已经存放于微控制器的存储空间的配置信息通过监控通道对以太网MAC模块进行更新配置，以实现交换机对数据流向的实时控制。

Description

一种自动配置的非管理型工业以太网交换机及其实现方法

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种自动配置的非管理型工业以太网交换机及其实现方法。

背景技术

近些年来，随着网络技术的发展，以太网（Ethernet）进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展，开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网（以太网交换机）技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显：

（一）以太网是全开放、全数字化的网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联。

（二）以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。

（三）软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。

（四）通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网交换机技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。

（五）可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。

工业以太网交换机分管理型和非管理型，目前较普遍的为非管理型，通常需要人工对其进行相应的配置，非管理型具有成本低、实现更简单的优势，而管理型交换机虽然拥有更为复杂的功能，但成本要高出许多，通常是一台非管理型交换机的3～4倍，在成本敏感的应用中受到很大的限制。

目前非管理型交换机实现配置的方法有几种，有一种是通过网管型交换机对无网管型交换机进行配置，其中需要人工输入配置信息至网管型交换机，再通过网管型交换机将配置信息传送至无网管型交换机，实现对无网管型的交换机的配置。具体的实现方法是将以太网空闲信号线作为上层网管以太网交换机的CPU模块与无网管以太网交换机的以太网交换模块的串行接口，上层网管以太网交换机的CPU管理模块根据其中的配置数据，对无网管以太网交换机的以太网交换模块进行初始化寄存器配置以及实时控制管理。该发明中无网管以太网交换机的配置信息需要上层网管以太网交换机通过串行接口发送获得，实质上是借助网管以太网交换机的管理功能实现无网管以太网交换机的配置，此方法除了需要在无网管以太网交换机内增加一块处理芯片电路来接收处理上层网管以太网交换机传送来的配置信息，另外还是需要人工根据需要将配置信息写入网管型交换机来配置无网管型交换机，这样不仅在一定程度上提高了无网管以太网交换机的成本也增加了无网管型交换机实现的难度，且降低了无网管型交换机配置的可靠性。

如图1所示，为另一种对非管理型以太网配置的方法，该方法是通过在以太网MAC(Media Access Control)模块访问配置存储器的访问接口上插入一个切换开关电路1，将配置存储器的访问接口选择性连接到交换机内地以太网MAC模块或者对外的用户配置接口2上，用户可以根据现场不同的应用需要对交换机的配置信息进行适当的修改。该方法配置的交换机虽然配置灵活性比较好，但是需要在现场通过与计算机连接来修改其配置，增加了现场配置的难度，对操作人员的要求也有所提高，难免会出现人为的配置错误的问题，该种交换机的操作性并不是很理想。综合以上两种非管理型的交换机的配置方法可知，不管哪种都需要通过人工现场配置来实现对非管理型交换机的配置，这种都一定程度上提高了交换机使用的难度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，本发明无需在网络拓扑更换时人工选择对交换机进行配置，提高了非管理型交换机的自适应能力。

本发明通过以下技术方案实现：

一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，包括：以太网MAC模块、若干以太网物理层模块、微控制器，微控制器与以太网MAC模块之间通过控制线及数据线构成的监控通道进行通信，微控制器还通过监控线与以太网物理层模块连接；

微控制器通过对以太网物理层模块和以太网MAC模块的通信状态进行监控，微控制器根据监控的状态分析判断当前网络连接拓扑结构，确定网络连接拓扑结构后选择对应已经存放于微控制器的存储空间的配置信息通过监控通道对以太网MAC模块进行更新配置，以实现交换机对数据流向的实时控制，微控制器记录拓扑配置更新的时间和变更拓扑配置的信息。

较佳的，微控制器与以太网物理层模块之间采用数据通道交换数据、串行管理接口进行控制管理。

较佳的，微控制器的存储空间配置独立接入端口，更新新拓扑结构的配置信息。

本发明还提供了一种自动配置的非管理型工业以太网交换机的实现方法，本发明无需在网络拓扑更换时人工选择对交换机进行配置，提高了非管理型交换机的自适应能力。

一种自动配置的非管理型工业以太网交换机的实现方法，包括以下步骤：

S1、提供上述的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，将现有所有连接拓扑结构的相应配置信息存入微控制器的存储空间中；

S2、以太网MAC模块从微控制器中读取初始默认配置，并判断是否与当前网络拓扑结构一致，若判断结果为否，则微控制器重新配置以太网MAC模块；

S3、微控制器实时监测网络拓扑结构是否发生变化，若判断结果为是，则微控制器重新配置以太网MAC模块，若判断结果为否，则微控制器继续实时监测网络拓扑结构是否发生变化。

S4、每次重新配置以太网MAC模块后，微控制器记录拓扑配置更新的时间和变更拓扑配置的信息。

较佳的，本发明所述的现有所有拓扑结构可以包括：星型结构、环型结构、总线型结构、混合拓扑结构、分布式结构、树型结构、网状拓扑结构、蜂窝拓扑结构。

较佳的，在S2与S3步骤之间，微控制器重新配置以太网MAC模块拓扑结构信息后，微控制器可以将默认配置更新为当前拓扑的配置信息。

较佳的，在S3步骤之中，微控制器实时监测网络拓扑结构是否发生变化，若判断结果为是，微控制器可以即时或延时配置以太网MAC模块。

附图说明

图1所示的是现有的一种人工配置非管理型以太网交换机的结构示意图；

图2所示的是本发明的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机的结构示意图；

图3所示的是本发明的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机的实现方法流程图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本实施例中提供的是一种能够实现自动配置的非管理型工业以太网交换机，该种交换机的结构示意图如图2所示，由以太网MAC模块12、以太网物理层模块13（以下用以太网PHY模块代替）、微控制器11（MCU）三部分组成，MCU与以太网MAC模块之间通过控制线及数据线构成的监控通道进行通信，另还通过监控线与以太网PHY模块进行连接。以太网MAC模块与以太网PHY模块之间采用数据通道交换数据、串行管理接口（SMI）进行控制管理。实现交换机自动配置的方法为：MCU通过对交换机上所有以太网PHY模块和以太网MAC模块的通信状态进行监控，然后MCU根据监控的状态分析判断当前网络连接拓扑结构，确定了网络连接拓扑结构后选择对应已经存放于MCU存储空间的配置信息通过监控通道对以太网MAC模块进行更新配置，实现交换机对数据流向的实时控制，微控制器记录拓扑配置更新的时间和变更拓扑配置的信息。

本发明事先将现有所有连接拓扑形式的相应配置信息存入MCU的存储空间（ROM）中，存储空间配置有接入端口，可以更新新的拓扑形式的相应配置信息。在交换机上电初期，以太网MAC模块先从MCU中读入初始默认配置，当MCU检测到初始默认配置与当前的网络连接拓扑不一致时，MCU对以太网MAC模块进行重新配置，微控制器记录MAC模块配置更新的时间和变更配置的信息。当在运行过程中网络连接拓扑发生了变化，MCU实时监测到拓扑的变化后，即时对以太网MAC模块进行重新配置，微控制器记录MAC模块配置更新的时间和变更配置的信息，具体更新判断流程图如图3所示。通过这种方法无需在网络拓扑更换时人工选择对交换机进行配置，提高了非管理型交换机的自适应能力。

本发明无人工或上层管理软件的干预，实现非管理型自动配置交换机，仅需PHY模块与MAC模块的状态监控，获取当前网络拓扑形式。

实施例二

本实施例中提供的是一种能够实现自动配置的非管理型工业以太网交换机，该种交换机的结构示意图如图2所示，由以太网MAC模块12、以太网物理层模块13（以下用以太网PHY模块代替）、微控制器11（MCU）三部分组成，MCU与以太网MAC模块之间通过控制线及数据线构成的监控通道进行通信，另还通过监控线与以太网PHY模块进行连接。以太网MAC模块与以太网PHY模块之间采用数据通道交换数据、串行管理接口（SMI）进行控制管理。实现交换机自动配置的方法为：MCU通过对交换机上所有以太网PHY模块和以太网MAC模块的通信状态进行监控，然后MCU根据监控的状态分析判断当前网络连接拓扑结构，确定了网络连接拓扑结构后选择对应已经存放于MCU存储空间的配置信息通过监控通道对以太网MAC模块进行更新配置，实现交换机对数据流向的实时控制，微控制器记录拓扑配置更新的时间和变更拓扑配置的信息。

本发明事先将现有所有连接拓扑形式的相应配置信息存入MCU的存储空间（ROM）中，存储空间配置有接入端口，可以更新新的拓扑形式的相应配置信息。在交换机上电初期，以太网MAC模块先从MCU中读入初始默认配置，当MCU检测到初始默认配置与当前的网络连接拓扑不一致时，MCU对以太网MAC模块进行重新配置，并将默认配置更新为当前拓扑的配置信息，微控制器记录MAC模块配置更新的时间和变更配置的信息。当在运行过程中网络连接拓扑发生了变化，MCU实时监测到拓扑的变化后，延时一个时钟周期对以太网MAC模块进行重新配置，微控制器记录MAC模块配置更新的时间和变更配置的信息，具体更新判断流程图如图3所示。通过这种方法无需在网络拓扑更换时人工选择对交换机进行配置，提高了非管理型交换机的自适应能力。

本发明无人工或上层管理软件的干预，实现非管理型自动配置交换机，仅需PHY模块与MAC模块的状态监控，获取当前网络拓扑形式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限与此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，其特征在于，包括：以太网MAC模块、若干以太网物理层模块、微控制器，所述微控制器与所述以太网MAC模块之间通过控制线及数据线构成的监控通道进行通信，所述微控制器还通过监控线与所述以太网物理层模块连接；

所述微控制器通过对交换机上所有所述以太网物理层模块和所述以太网MAC模块的通信状态进行监控，所述微控制器根据监控的状态分析判断当前网络连接拓扑结构，确定网络连接拓扑结构后选择对应已经存放于所述微控制器的存储空间的配置信息通过所述监控通道对以太网MAC模块进行更新配置，以实现交换机对数据流向的实时控制；微控制器重新配置以太网MAC模块拓扑结构信息后，微控制器将默认配置更新为当前拓扑的配置信息。

2.根据权利要求1所述的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，其特征在于，微控制器记录拓扑配置更新的时间和变更拓扑配置的信息。

3.根据权利要求1所述的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，其特征在于，所述以太网MAC模块与所述以太网物理层模块之间采用数据通道交换数据、串行管理接口进行控制管理。

4.根据权利要求1所述的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，其特征在于，所述微控制器的存储空间配置独立接入端口，用于更新新拓扑结构的配置信息。

5.一种自动配置的非管理型工业以太网交换机的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、提供如权利要求1所述的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机，将现有所有连接拓扑结构的相应配置信息存入微控制器的存储空间中；

S2、以太网MAC模块从微控制器中读取初始默认配置，并判断是否与当前网络拓扑结构一致，若判断结果为否，则微控制器重新配置以太网MAC模块；

S3、微控制器实时监测网络拓扑结构是否发生变化，若判断结果为是，则微控制器重新配置以太网MAC模块，若判断结果为否，则微控制器继续实时监测网络拓扑结构是否发生变化；

S4、每次重新配置以太网MAC模块后，微控制器记录拓扑配置更新的时间和变更拓扑配置的信息；

在S2与S3步骤之间，微控制器重新配置以太网MAC模块拓扑结构信息后，微控制器将默认配置更新为当前拓扑的配置信息。

6.根据权利要求5所述的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机的实现方法，其特征在于，现有所有拓扑结构可以包括：星型结构、环型结构、总线型结构、混合拓扑结构、分布式结构、树型结构、网状拓扑结构、蜂窝拓扑结构。

7.根据权利要求5所述的一种自动配置的非管理型工业以太网交换机的实现方法，其特征在于，S3步骤中，微控制器实时监测网络拓扑结构是否发生变化，若判断结果为是，微控制器可以即时或延时配置以太网MAC模块。