CN103701811A - 基于以太网协议的ct滑环通讯链路及其通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于以太网协议的CT滑环通讯链路及其通讯方法，其通讯方法包括步骤：1)构造一个CT滑环通讯链路，链路上的器件从发送端到接收端的顺序依次为：共模抑制器、交流耦合变压器、滑环、交流耦合变压器、共模抑制器；2)对以太网的链路层数据包进行如下改造：增加链路层的数据帧类型的数量来满足发送实时的数据包；3)对通信协议进行如下改造：重新封装链路层数据包，定义链路层的不同优先级的数据包，及定义高优先级数据包的可抢占式发送模式；4)将改造后的链路层数据包放到采用滑环的物理层上进行传输。本发明主要应用在医疗设备的滑环通信设计上。

Description

基于以太网协议的CT滑环通讯链路及其通讯方法

技术领域

本发明涉及一种基于以太网协议的CT滑环通讯链路及其通讯方法。

背景技术

计算机断层扫描系统(CT)的机架包括固定部分和旋转部分。由于旋转部分是在固定机架的支撑下旋转运动的，为了保证给旋转部分供电和通信，需要使用滑环来连接固定部分和旋转部分。滑环采用的是电刷加金属滑轨的接触方式，每一个滑轨提供一条通路。由于滑环的成本很高，故在系统设计中需要优化通信的设计，以便使用尽量少的通信连路来实现多的信息传递。

在固定和旋转部分交互的信息包括很多种，存在不同的实时要求。如何在一条连路上实现多个信息链路通信，并满足不同信息的实时性要求，成为了滑环使用中的一个难点。

发明内容

鉴于上述，本发明将提供一种基于以太网协议的CT滑环通讯链路及其通讯方法，它可在一条滑环通信线路上传输多种连接信息，保证不同信息的不同实时要求。

本发明采用的技术解决方案为：

一种基于以太网协议的CT滑环通讯链路，包括具有固定部分和旋转部分的CT机架，其特征在于：

链路上的器件从发送端到接收端的顺序依次为：装在旋转部分上的共模抑制器和交流耦合变压器、滑环、装在固定部分上的交流耦合变压器和共模抑制器，其中：

共模抑制器用来降低差分信号对间的失衡；

耦合变压器用来隔离直流信号，降低旋转部分和固定部分的共模电压不匹配带来的电信号传输问题；

滑环与旋转部分和固定部分电性连接，信号通过滑环在固定部分和旋转部分之间进行通信。

一种基于以太网协议的CT滑环通讯链路的通讯方法，包括步骤：

1)构造一个CT滑环通讯链路，链路上的器件从发送端到接收端的顺序依次为：共模抑制器、交流耦合变压器、滑环、交流耦合变压器、共模抑制器；

2)对以太网的链路层数据包进行如下改造：增加链路层的数据帧类型的数量来满足发送实时的数据包；

3)对通信协议进行如下改造：重新封装链路层数据包，定义链路层的不同优先级的数据包，及定义高优先级数据包的可抢占式发送模式；

4)将改造后的链路层数据包放到采用滑环的物理层上进行传输。

进一步地：

所述重新封装链路层数据包是指，将以太网的联络层数据包增加新的包头，包尾和包类型定义字段后，再重新打包成为新的数据包格式，这样就可以在这个层面上定义自定义的数据包类型，同时可以给不同的包以不同的优先级，高优先级的数据包可以打断低优先级的以太网数据包，使得高优先级的数据包具有实时传输的能力。

进一步地：

在链路层设计缓存能力，在无实时数据包的情况下正常传输上层数据，当有实时请求时打断上层数据后插入实时数据包。

进一步地：

为了保证低优先级的上层数据的可靠传输和实时数据包的确定延时波动要求，当有实时请求时，并不是立刻打断上层数据包，而是采用先请求，然后经固定的延时后再插入高优先级的数据包。

本发明设计了一种基于以太网协议并改造了物理及链路层的滑环通信协议及其通讯方法，它可在一条滑环通信线路上传输多种连接信息，保证不同信息的不同实时要求，可以高速可靠地满足CT控制使用中的各种信息的传递和实时性的要求。

本发明具有以下优点：

1.简化的滑环电气设计连接可靠简单、成本低廉；

2.改造的以太网协议利用的成熟协议，通信可靠，兼顾实时性能；

3.有效降低设计的复杂性；

4.具有良好的扩展能力。

附图说明

图1是滑环通信物理层连接图。

具体实施方式

本发明涉及一种基于以太网协议的CT滑环通讯链路及其通讯方法。

基于以太网协议的CT滑环通讯链路包括具有固定部分和旋转部分的CT机架，链路上的器件从发送端到接收端的顺序依次为：装在旋转部分上的共模抑制器和交流耦合变压器、滑环、装在固定部分上的交流耦合变压器和共模抑制器，其中：共模抑制器用来降低差分信号对间的失衡；耦合变压器用来隔离直流信号，降低旋转部分和固定部分的共模电压不匹配带来的电信号传输问题；滑环与旋转部分和固定部分电性连接，信号通过滑环在固定部分和旋转部分之间进行通信。

基于以太网协议的CT滑环通讯链路的通讯方法，包括步骤：

1)构造一个CT滑环通讯链路，链路上的器件从发送端到接收端的顺序依次为：共模抑制器、交流耦合变压器、滑环、交流耦合变压器、共模抑制器；

2)对以太网的链路层数据包进行如下改造：增加链路层的数据帧类型的数量来满足发送实时的数据包；

3)对通信协议进行如下改造：重新封装链路层数据包，定义链路层的不同优先级的数据包，及定义高优先级数据包的可抢占式发送模式；

4)将改造后的链路层数据包放到采用滑环的物理层上进行传输。

进一步地：

所述重新封装链路层数据包是指，将以太网的联络层数据包增加新的包头，包尾和包类型定义字段后，再重新打包成为新的数据包格式，这样就可以在这个层面上定义自定义的数据包类型，同时可以给不同的包以不同的优先级，高优先级的数据包可以打断低优先级的以太网数据包，使得高优先级的数据包具有实时传输的能力。

进一步地：

在链路层设计缓存能力，在无实时数据包的情况下正常传输上层数据，当有实时请求时打断上层数据后插入实时数据包。

进一步地：

为了保证低优先级的上层数据的可靠传输和实时数据包的确定延时波动要求，当有实时请求时，并不是立刻打断上层数据包，而是采用先请求，然后经固定的延时后再插入高优先级的数据包。

下面结合附图详细说明。

请参阅图1所示的滑环通信物理层连接图。链路上的器件从发送端到接收端的顺序依次为：共模抑制器1、交流耦合变压器2、滑环3、交流耦合变压器4、共模抑制器5。其中：共模抑制器1、5用来降低差分信号对间的失衡，交流耦合变压器2、4用来隔离直流信号，以降低旋转部分和固定部分的共模电压不匹配带来的电信号传输问题。

使用图1中所示的物理层电路来实现过滑环的可靠电气连接通路，即利用滑环为物理层传输介质，使信号通过滑环连接固定部分和旋转部分进行通信。采用差分信号传输来提高传输的距离和抗干扰能力。共模抑制器有效地降低了由于滑环上两根同心圆轨道阻抗和距离的不一致带来的失衡。使用两个变压器耦合的方式将信号在滑环上传输，解决了滑环和传输线阻抗的不匹配问题。

CT的控制命令包括多种，并且不同部件之间存在相互通信，如果自行开发所有的协议，将耗费大量的人力成本。而以太网通信可以满足这种多点多连接的可靠通信方式，但以太网无法提供高实时性的信息传输。因此对以太网的链路层数据包进行如下改造：改变以太网的物理层，从双绞线变为滑环，同时增加链路层的数据帧类型数量来满足发送实时的数据包。将以太网的联络层数据包重新打包成为新的数据包格式(增加新的包头，包尾和包类型定义字段)，这样就可以在这个层面上定义许多自定义的其它数据包类型，同时可以给不同的包以不同的优先级，高优先级的数据包可以打断原来的低优先级的以太网数据包，这样高优先级的数据包就有了实时传输的能力。

以太网的数据链路层本来有的数据帧的格式我们不加改变，而是定义一种新的数据帧格式，这个新的帧包括帧头、数据和帧尾。数据包可以是原有的以太网链路层数据包，或是其它的实时数据包，帧头中定义了此帧内带有的数据的类型，如定义类型1为原有的以太网数据，类型2为新加的实时数据，类型3为其他优先级的实时数据。

经过以上改造以太网的链路层数据包，可以简便有效地使其具有以太网上层的多链路可靠传输和底层实时数据传输的能力，从而满足CT控制的使用需求。

在链路层设计一定的缓存能力，在无实时数据包的情况下正常传输上层数据。当有实时请求时打断上层数据后插入实时数据包。为了保证低优先级的上层数据的可靠传输和实时数据包的确定延时波动要求，并不是立刻打断上层数据包，而是采用先请求，然后经固定的延时后再插入高优先级包。

对通信协议进行如下改造：改造后的协议包括重新封装的链路层数据包，定义链路层的不同优先级的数据包，定义高优先级数据包的可抢占式发送模式，将改造后的链路层数据包放到滑环的物理层上进行传输。

经过改造后的通信协议可以完全满足CT控制的特定使用需求，并且可以根据需要提供不同优先级要求的扩展。

本发明具有以下特点：

1.具有优先级强占式的以太网链路层设计实现在单波段串行链路中的实时数据传输。

2.具有适用于滑环通信的物理层，并将重新封装的以太网数据包放于物理层传输。

3.采用高实时性数据包的固定延时抖动处理机制。

Claims (5)

1.一种基于以太网协议的CT滑环通讯链路，包括具有固定部分和旋转部分的CT机架，其特征在于：

链路上的器件从发送端到接收端的顺序依次为：装在旋转部分上的共模抑制器和交流耦合变压器、滑环、装在固定部分上的交流耦合变压器和共模抑制器，其中：

共模抑制器用来降低差分信号对间的失衡；

耦合变压器用来隔离直流信号，降低旋转部分和固定部分的共模电压不匹配带来的电信号传输问题；

滑环与旋转部分和固定部分电性连接，信号通过滑环在固定部分和旋转部分之间进行通信。

2.一种基于以太网协议的CT滑环通讯链路的通讯方法，其特征在于包括步骤：

1)构造一个CT滑环通讯链路，链路上的器件从发送端到接收端的顺序依次为：共模抑制器、交流耦合变压器、滑环、交流耦合变压器、共模抑制器；

2)对以太网的链路层数据包进行如下改造：增加链路层的数据帧类型的数量来满足发送实时的数据包；

3)对通信协议进行如下改造：重新封装链路层数据包，定义链路层的不同优先级的数据包，及定义高优先级数据包的可抢占式发送模式；

4)将改造后的链路层数据包放到采用滑环的物理层上进行传输。

3.如权利要求2所述的基于以太网协议的CT滑环通讯链路的通讯方法，其特征在于：

所述重新封装链路层数据包是指，将以太网的联络层数据包增加新的包头，包尾和包类型定义字段后，再重新打包成为新的数据包格式，这样就可以在这个层面上定义自定义的数据包类型，同时可以给不同的包以不同的优先级，高优先级的数据包可以打断低优先级的以太网数据包，使得高优先级的数据包具有实时传输的能力。

4.如权利要求2所述的基于以太网协议的CT滑环通讯链路的通讯方法，其特征在于：

在链路层设计缓存能力，在无实时数据包的情况下正常传输上层数据，当有实时请求时打断上层数据后插入实时数据包。

5.如权利要求4所述的基于以太网协议的CT滑环通讯链路的通讯方法，其特征在于：

为了保证低优先级的上层数据的可靠传输和实时数据包的确定延时波动要求，当有实时请求时，并不是立刻打断上层数据包，而是采用先请求，然后经固定的延时后再插入高优先级的数据包。

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