CN104378313B - 多组态智能网络交换机 - Google Patents

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本发明属于电力通信技术领域,尤其涉及一种多组态智能网络交换机。包括智能网络控制单元,千兆网络接口和第二千兆网络接口,多组态网络接口A,多组态网络接口B,多组态网络接口C,多组态网络接口D,多组态网络接口E,多组态网络接口F,多组态网络接口G,多组态网络接口H,供电单元,上述部件高度集成于印制电路板上并依次进行连接。本发明由于采用多组态技术,具有设备配置多样灵活性,实现多网互通,网络集成度高,无需人为干预,使智能变电站网络系统均衡、简单、低成本等优点。

Description

多组态智能网络交换机
技术领域
[0001]本发明属于电力通信技术领域,尤其涉及一种多组态智能网络交换机。
背景技术
[0002] 交换机(Switch)也叫交换式集线器,是一种工作在OSI第二层(数据链路层)上的、 基于MAC (网卡的介质访问控制地址)识别、能完成封装转发数据包功能的网络设备。它通 过对信息进行重新生成,并经过内部处理后转发至指定端口,具备自动寻址能力和交换作 用。交换机不懂得IP地址,但它可以“学习”MAC地址,并把其存放在内部地址表中,通过在数 据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地 址。交换机上的所有端口均有独享的信道带宽,以保证每个端口上数据的快速有效传输。由 于交换机根据所传递信息包的目的地址,将每一信息包独立地从源端口送至目的端口,而 不会向所有端口发送,避免了和其它端口发生冲突,因此,交换机可以同时互不影响的传送 这些信息包,并防止传输冲突,提高了网络的实际吞吐量。
[0003] 智能变电站的网络通信结构设计需要充分考虑到网络的实时性、可靠性、经济性 与可扩展性。网络的通信结构设计应具有网络风暴抑制功能,支持变电站内设备的灵活配 置,减少交换机数量,简化网络的拓扑结构,降低变电站的建造和运行成本。另外,在智能变 电站的设计中,还应对网络内的信息流量进行计算和控制,设立最大节点数和最大信息流 量,并必须保持系统冗余。智能变电站自动化系统通常采用的网络结构有总线型、环型或星 型等,也可以将不同的网络结构进行混合,实现网络冗余,保证网络的可靠性。在智能变电 站的网络系统中,站控层网络可采用总线型、星型或环型网络结构,而过程层网络可采用双 星型及环型结构。随着智能变电站网络系统的发展,还可以将站控层和过程层的网络合二 为一,采用单一总线结构。
[0004] 但在变电站智能设备类型日益丰富,导致智能变电站站内网络系统具有网络类型 多样化、网络接口数量庞大化、网络负荷重载化的多种问题。在不同的网络之间需要多种网 络转换设备进行不同网络的连接互通,不仅无谓的增加了智能变电站的网络设备成本,并 且大大降低了通信系统的适应性和可靠性。
发明内容
[0005] 为解决上述现有技术中存在的问题,本发明提供一种多组态智能网络交换机。其 目的是解决现有智能变电站网络设备庞杂,通讯效率不高,通讯速率不可靠的问题。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007] 多组态智能网络交换机,包括智能网络控制单元,千兆网络接口和第二千兆网络 接口,多组态网络接口 A,多组态网络接口 B,多组态网络接口 C,多组态网络接口 D,多组态网 络接口 E,多组态网络接口 F,多组态网络接口 G,多组态网络接口 H,供电单元,上述部件高度 集成于印制电路板上并依次进行连接。
[0008] 所述的智能网络控制单元,是通过FPGA的可编程逻辑门电路实现两个千兆网络接 口和多组态网络接口 A,多组态网络接口B,多组态网络接口 C,多组态网络接口D,多组态网 络接口 E,多组态网络接口 F,多组态网络接口 G,多组态网络接口 H的动态识别,使用实时操 作系统实现高级管理功能。
[0009] 所述的高级管理功能,支持即插既用的SW-Ring冗余环网协议,支持RSTP、支持静 态多播过滤、IGMP侦听、IEEE802 • 1QVLAN和基于端口 VLAN、端口优先级、端口聚合、端口镜 像、Trunking、服务质量(Quality of Service)、速率控制、SNMP配置,故障报警和固件在线 升级。
[0010] 所述的高级管理功能,通过本地或远程方式,实现部署跨物理层的通信规约转换, 并且设置定制任务,完成个性化功能。
[0011] 所述的动态识别,是多组态智能网络交换机支持组态网络接口的热插拔、动态替 换;在非人工参与下自动识别多组态网络接口 A,多组态网络接口 B,多组态网络接口 C,多组 态网络接口 D,多组态网络接口 E,多组态网络接口 F,多组态网络接口 G,多组态网络接口 H多 组态网络接口的所有类别的网络接口模块,并自动连接到相应物理网络之中。
[0012] 所述的千兆网络接口和第二千兆网络接口,可通过选插不同接口电路,配置成千 兆光口 1000BASE-FX 或是千兆电口 1000BASE-T/TX。
[0013] 所述的多组态网络接口,多组态网络接口 B,多组态网络接口 C,多组态网络接口 D, 多组态网络接口E,多组态网络接口F,多组态网络接口G,多组态网络接口 H支持以太网、 CAN、RS485等三类通信网络接口;不同接口可以任意组合,不拘泥于单一网络单一模组。
[0014] 所述的供电单元,支持交流110VAC/220VAC,直流110VDC/220VDC双备份电源供电。
[0015] 所述的智能网络控制单元实现接口的动态识别以及网络链接,两个千兆网络接 口:千兆网络接口和第二千兆网络接口,和多组态网络接口 A,多组态网络接口 B,多组态网 络接口 C,多组态网络接口 D,多组态网络接口 E,多组态网络接口 F,多组态网络接口 G,多组 态网络接口 H八个多组态网络接口的三类网络数据互通。
[0016] 本发明的有益效果是:由于采用多组态技术,具有设备配置多样灵活性,实现多网 互通,网络集成度高,无需人为干预,使智能变电站网络系统均衡、简单、低成本等优点。
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细的说明。
附图说明
[0018] 图1是本发明的结构示意图。
[0019] 图中:智能网络控制单元1,千兆网络接口2,多组态网络接口A3,多组态网络接口 B4,多组态网络接口C5,多组态网络接口D6,供电单元7,多组态网络接口E8,多组态网络接 口 F9,多组态网络接口 G10,多组态网络接口 H11,第二千兆网络接口 12。
具体实施方式
[0020] 本发明是一种多组态智能网络交换机,包括智能网络控制单元1,千兆网络接口 2 和第二千兆网络接口 12两个千兆网络接口,多组态网络接口 A3,多组态网络接口B4,多组态 网络接口 C5,多组态网络接口 D6,多组态网络接口 E8,多组态网络接口 F9,多组态网络接口 G10,多组态网络接口 HI 1等八个自适应动态配置网络接口单元,供电单元7,上述部件高度 集成于印制电路板上并依次进行连接。
[0021] 所述的智能网络控制单元1,是通过FPGA的可编程逻辑门电路实现千兆网络接口 2 和第二千兆网络接口 12两个千兆网络接口和多组态网络接口 A3,多组态网络接口 B4,多组 态网络接口C5,多组态网络接口D6,多组态网络接口E8,多组态网络接口F9,多组态网络接 口G10,多组态网络接口H11八个多组态网络接口的动态识别,使用实时操作系统实现高级 管理功能。
[0023 所述的高级管理功能,支持即插既用的SW-Ring冗余环网协议,支持RSTP、支持静 态多播过滤、IGMP侦听、IEEE802 • 1QVLAN和基于端口 VLAN、端口优先级、端口聚合、端口镜 像、Trunking、服务质量(Quality of Service)、速率控制、SNMP配置,故障报警和固件在线 升级。所述的高级管理功能,通过本地或远程方式,实现部署跨物理层的通信规约转换,并 且设置定制任务,完成个性化功能。
[0023] 所述的动态识别,是多组态智能网络交换机支持组态网络接口的热插拔、动态替 换;在非人工参与下自动识别多组态网络接口 A3,多组态网络接口 B4,多组态网络接口 C5, 多组态网络接口D6,多组态网络接口 E8,多组态网络接口F9,多组态网络接口G10,多组态 网络接口 H11八个多组态网络接口的所有类别的网络接口模块,并自动连接到相应物理网 络之中。
[0024] 智能网络控制单元1选用Xilinx ZYNQ-7000作为核心控制单元,Xilinx ZYNQ-7000基于ARM双核CortexA9的应用处理器,每个CPU具有32KB的1级指令和数据缓存,512KB 的2级缓存(2个CPU共享),支持8位奇偶校验,片上boot R0M,256KB片内RAM,多协议动态内 存控制器,16/32 bit DDR2、DDR3接口,16位ECC支持,1GB地址空间,8通道DMA控制器。利用 基于以太网和MPLS-TP的交换机、PWE3数据包引擎、基于1588W和SyncE的数据包时序和 同步、硬件以太网和MPLS-TP 0AM、双核ARM® Cortex™-A9 MPCore处理器的控制与管理 层,SoC解决方案实现数据包处理和流量管理功能。SoC解决方案的独立组件也能作为协 处理器使用。该实现方案采用Xilinx的Zynq™-7000 All Programmable SoC器件,提供精 细调整的参数设定,具备更低的功耗和成本,从而可实现单芯片回程或访问解决方案。
[0025] 本发明支持两路千兆网络接口 2和第二千兆网络接口 12功能,可通过选插不同接 口电路,配置成千兆光口 1000BASE-FX或是千兆电口 1000BASE-T/TX。
[0026] 1000M光口采用的是SFP型的光模块,SFP封装一热插拔小封装模块,目前最高速率 可达10G,多采用LC接口,VccT和VccR分别是发射和接受部分电源,要求3 • 3V±5%,最大供电 电流300mA以上。SFP光模块的L0S有效信号是低电平,需通过一个反向器变为高电平。
[0027] 八个多组态网络接口具有三类通信网络接口,包括以太网(包括百兆网络接口、千 兆网络接口)、CAN总线接口、RS485总线接口;所有不同接口可以任意组合,自动适配,无需 人员介入,不拘泥于单一网络单一模组,完成网络无缝对接。
[0028] 本发明支持最多16路百兆电口 100BASE-T/TX,和最多12路百兆光口 100 BASE-FX, 或者搭配使用。当配置成百兆电口时,模块和接口之间需要用网络变压器进行隔离,这里选 用的网络变压器的型号是H4001CG,接口选用八口合一的RJ45接口,端口支持MDI/MDI-X自 适应,连接采用非屏蔽双绞线(UTP)或屏蔽双绞线(STP),连接距离不超过l〇〇m。1000Mbps连 接采用100 D的超5类、6类线,100Mbps连接采用1〇〇 Q的5类线,而l〇Mbps连接采用的是100 D的3、4、5类线。当配置成百兆光口时,接口采用SC接口,该光模块采用的是正发射极耦合 逻辑光模块SW35211-512,四个一组,占用一个接口模块端口。
[0029] 本发明支持四路CAN总线接口,总线上可以挂接以8个接点。CAN总线通过CAN收发 器接口芯片Sn65hvd233的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是 高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态,由于其电平性质不一样,在CAN的终 端需加一个终端电阻。由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动 化、多种控制设备、交通工具以及建筑、环境控制等众多领域。该sn65hvd233按照ISO 11898 标准用于采用控制器局域网(CAN)应用串行通信的物理层。作为一个CAN收发器,信号速率 高达1Mbps。总线引脚故障保护超过±36V,总线引脚的ESD保护超过16kV HBM。
[0030] 本发明支持八路串行接口,可以配成RS-232,RS-485和RS-422等通信方式,RS-485 和RS-422电路原理基本相同,都是以差动方式发送和接受,不需要数字地线。RS-485两线制 连接方法,采用的半双工通信方式,这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可 以挂接32个结点。在RS-485通信网络中一般采用的是主从通信方式,即一个主机带多个从 机。这里采用的是SP485EE这款芯片,满足RS-485或RS-422增强的ESD性能的串行协议规格。 ESD的耐受能力超过人体放电±15kV和满足IEC1000-4-2的空气放电测试。芯片的Sipex, sBiCMOS设计允许在不牺牲性能的情况下低功率运行。满足高达10Mbps的负载下运行。该芯 片还配备低功耗关断模式。
[0031] 供电单元7具有双路冗余设计,支持交流110VAC/220VAC,直流110VDC/220VDC电源 供电。
[0032] 智能网络控制单元1支持即插既用的SW-Ring冗余环网协议,支持RSTP、支持静态 多播过滤、IGMP侦听、IEEE802.1QVLAN和基于端口 VLAN、端口优先级、端口聚合、端口镜像、 Trunking、服务质量(Quality of Service)、速率控制、SNMP配置,故障报警和固件在线升 级等。
[0033] 所述的智能网络控制单元1实现接口的动态识别以及网络链接,并且完成智能调 度与多任务处理;两个千兆网络接口和八个多组态网络接口的三类网络数据互通。通过智 能适配技术,智能网络控制单元1将两个千兆网络接口和八个多组态网络接口无缝连接入 内部交换网络,并且可以根据远程配置及预设指令及规约转换功能,完成不同类接口网络 互通。能够提供高效高速的网络通信能力,保证树形网络或大数据量传输稳定安全。
[0034] 本发明多组态智能网络交换机满足国家标准《GB 191》、《GB 2423》、《GB 4208》、 《68 4943》、优3/1'17626》、电力标准〈〇)171 860》、企业标准忉/^01 534》等相关要求。
[0035]如上所述,对本发明的实施进行了详细的说明,但是只要实质上没有脱离本发明 的发明点及效果可以有很多的变形,这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此,这样 的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 多组态智能网络交换机,其特征是:包括智能网络控制单元(1),千兆网络接口(2)和 第二千兆网络接口(12),多组态网络接口A(3),多组态网络接口B(4),多组态网络接口C (5),多组态网络接口D(6),多组态网络接口E(8),多组态网络接口F(9),多组态网络接口G (10) ,多组态网络接口H(ll),供电单元(7),上述部件高度集成于印制电路板上并依次进行 连接; 所述的智能网络控制单元(1),是通过FPGA的可编程逻辑门电路实现两个千兆网络接 口和多组态网络接口 A (3),多组态网络接口 B⑷,多组态网络接口 C⑸,多组态网络接口 D ⑹,多组态网络接口E⑻,多组态网络接口F⑼,多组态网络接邮(10),多组态网络接口H (11) 的动态识别,使用实时操作系统实现高级管理功能; 所述的千兆网络接口(2)和第二千兆网络接口(12),可通过选插不同接口电路,配置成 千兆光口 1000BASE-FX 或是千兆电口 1000BASE-T/TX; 所述的多组态网络接口A(3),多组态网络接口B(4),多组态网络接口C(5),多组态网络 接口D⑹,多组态网络接口E⑻,多组态网络接口F⑼,多组态网络接口G (10),多组态网络 接口H (11)支持以太网、CAN、RS485三类通信网络接口;不同接口可以任意组合,不拘泥于单 一网络单一模组; 所述的供电单元(7),支持交流110VAC/220VAC,直流110VDC/220VDC双备份电源供电。
2. 根据权利要求1所述的多组态智能网络交换机,其特征是:所述的高级管理功能,支 持即插即用的SW-Ring冗余环网协议,支持RSTP、支持静态多播过滤、IGMP侦听、 IEEE802.1QVLAN和基于端口 VLAN、端口优先级、端口聚合、端口镜像、Trunking、服务质量 (Quality of Service)、速率控制、SNMP配置,故障报警和固件在线升级。
3. 根据权利要求1所述的多组态智能网络交换机,其特征是:所述的高级管理功能,通 过本地或远程方式,实现部署跨物理层的通信规约转换,并且设置定制任务,完成个性化功 能。
4. 根据权利要求1所述的多组态智能网络交换机,其特征是:所述的动态识别,是多组 态智能网络交换机支持组态网络接口的热插拔、动态替换;在非人工参与下自动识别多组 态网络接口 A (3),多组态网络接口 B (4),多组态网络接口 C (5),多组态网络接口 D (6),多组 态网络接口E⑻,多组态网络接口F⑼,多组态网络接口G (10),多组态网络接口H (11)多组 态网络接口的所有类别的网络接口模块,并自动连接到相应物理网络之中。 —
5. 根据权利要求1所述的多组态智能网络交换机,其特征是:所述的智能网络控制单元 (1)实现接口的动态识别以及网络链接,两个千兆网络接口 :千兆网络接口(2)和第二千兆 网络接口(12),和多组态网络接口A(3),多组态网络接口B⑷,多组态网络接口C⑸,多组 态网络接口D(6),多组态网络接口E(8),多组态网络接口F(9),多组态网络接PG(10),多组 态网络接口 H (11)八个多组态网络接口的三类网络数据互通。
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