CN108270488A - 一种非主从式虚拟全双工网络 - Google Patents

一种非主从式虚拟全双工网络 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非主从式虚拟全双工网络，该非主从式虚拟全双工网络包括塑料光纤收发模块和单芯塑料光纤，通过单芯塑料光纤实现半双工双向数据通信；塑料光纤收发模块通过单根塑料光纤串连多个终端或传感通信节点，在环形网络或树状网络的基础上，建设成虚拟双向网络；在各节点配置塑料光纤收发模块，在其中任意一个节点的通信模块上设立主控单元，每个节点都通过单根塑料光纤实现点与点之间的连接；既能够由主控单元向某个或所有节点发出命令，也能够由其他某个节点主动向主控单元上报信息。

Description

一种非主从式虚拟全双工网络
技术领域
本发明涉及信息与通信技术领域，具体涉及一种基于塑料光纤单芯同轴半双工通信技术的非主从式虚拟全双工网络。
背景技术
当前，我国重点推进的人工智能、智能机器人、无人机、智能穿戴、智能无人驾驶汽车，甚至包括飞机、轮船、高铁、智能电网等，都正在迅猛地发展。而其中的短距离通信网络(或称最后一公里)，则起着重要和关键技术的作用。
在上述应用系统中，有一个共同的重要特点：就是建立在既是整体移动，且又与外界相对独立的一个悬浮式的系统。也就是在系统内部，是处于一个相对固定的位置，各传感器彼此传输数据实时高速、安全可靠、互联互通、双向通信的独立、坚强的网络共同体。
目前，在短距离数据传输通信网的通信方式主要有以下几种：
1、通过电力线传输的宽带、窄带载波通信
(1)窄带载波通信
主要优点：物理信道是与传输电力共用的电力线缆，系统连接简便，通过载波模块组网灵活、快速。
不足：①抗噪声能力、通信稳定性和实时性较差，易受强电环境及线路本身的电磁谐波干扰，抑制和解决的技术还不够完善。
②传输速率较低，数据传输不到时需多次反复传送信息。
③受低压电网负荷变化影响，在不同台区、不同时段，数传成功率差异较大；受湿热环境及多台区串扰的影响，抄收率会产生波动。
④现场维修无法立即见到效果；运维工作反复、成本加大。
(2)宽带载波通信
主要优点：宽带载波与窄带载波通信技术相比，抗噪声性能更好，通信速度提高，带宽更高(2～12MHz)；可分布式组网，并行工作；多载波信道，自动规避干扰。
不足：①通信稳定性：当传输条件如负荷阻抗变化影响，传输距离将以降低带宽和通信距离来保证可靠性，使传输距离因谐波的干扰而缩短。
②数据传输时有一定的辐射骚扰，有时会有多台区串扰。
2、通过双绞线传输的RS-485总线通信
主要优点：通信稳定可靠，调试方便，维修相对简便。
不足：①架空线路方式易受雷击、浪涌的感应、冲击和空间电磁波的干扰，造成485器件的损坏和局部通信瘫痪。
②若地埋485线则易受潮湿影响，加快485金属线材的腐蚀、老化；还易遭到虫、鼠的破坏。
③RS-485总线网络如出现一处故障，则全网将瘫痪；现场查找故障费时，需用排除法按顺序逐步消缺。
④安装布线工作量较大。
3、通过空间电磁场传输的微功率无线电通信
优点：安装灵活、组网快捷、速率较高、施工简便。
不足：①障碍物的屏蔽影响信号传输，传输距离不够时需增加中继或提高发射功率，但多级中继又影响通信效率，影响采集数据的实时性。
②由于无线频点资源有限，通常使用的工作频段是公共的无线公共频段，有可能产生同频、互调干扰。
③无线信号受物体屏蔽、折射(如雾霾)影响，降低抄收距离。
4、通过非金属-介质属绝缘材料传输的塑料光纤(可见光)通信
优点：①实时性、可靠性高、柔韧性好、使用寿命长。
②不受电磁干扰影响；不对外产生辐射。
③通信速率较高：1M带宽；误码率极低。
④自动查找故障点，定位精准、快速。
⑤布线链接逻辑简单，当光纤通信网络出现一个故障点时，不会影响通信效果。
⑥低功耗、无纹波；宽温范围、高隔离电压。
⑦塑料光纤通过可见光信号进行链路传输的，无法通过搭接手段从链路中侦听数据，信息传输安全性较高。
⑧可快速、准确地检索到故障点，现场解决问题快速、维修简便，对维护人员的技术水平要求不高，可大幅降低维护、维修成本，提高工作效率。
不足：①安装布线的工作量与485总线类似
②塑料光纤的可通信距离目前小于300米。
单芯同轴塑料光纤组网方式通常采用串联组网方式，受可见光传输损耗的影响，塑料光纤的通信距离是<300米。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于塑料光纤单芯同轴半双工通信技术的非主从式虚拟全双工网络，依据单芯同轴光收发器件而设计开发的塑料光纤通信模块，可通过单根塑料光纤串连多个终端(或传感)通信节点，在环形网络或树状网络的基础上，建设成“虚拟双向网络”。
为实现上述目的，本发明所述的非主从式虚拟全双工网络包括塑料光纤收发模块和单芯塑料光纤，通过单芯塑料光纤实现半双工双向数据通信；所述的塑料光纤收发模块通过单根塑料光纤串连多个终端或传感通信节点，在环形网络或树状网络的基础上，建设成虚拟双向网络；在各节点配置塑料光纤收发模块，在其中任意一个节点的通信模块上设立主控单元，每个节点都通过单根塑料光纤实现点与点之间的连接；既能够由主控单元向某个或所有节点发出命令，也能够由其他某个节点主动向主控单元上报信息。
所述的主控单元以顺时针方向发送命令时，若通信路径上某一处出现断线时，则问题将会反馈到主控单元，表明抄不到断线处以下的节点的信息，然后主控单元将会改变传输方向，以逆时针方向发送命令，将顺时针抄不到断线处后面的节点信息，通过逆时针全部补抄上来。
断一根线并不会影响主控单元命令的执行，若网络上某一个节点的模块损坏了，则主控单元抄不到的也仅仅是一个模块的数据，并没有造成整个网络的瘫痪和数据的缺失；当塑料光纤通信网络在发生故障时，能够在自动巡检时主动发现，并及时精准确定故障位置。
本发明所述的非主从式虚拟全双工网络以介质为可见光的塑料光纤通信。
所述的可见光为波长520nm的绿光。
所述的塑料光纤收发模块是基于塑料光纤单芯同轴半双工通信技术制作的塑料光纤收发模块。
所述的塑料光纤收发模块是塑料光纤光通信模块。
优选地，所述的塑料光纤收发模块具有自动中继功能和相对独立性，通信距离大幅延长，各个塑料光纤收发模块可主动上报信息。
所述的单芯塑料光纤在多个设备或终端之间串行连接。
在进行数据通信时，各设备或终端之间采用闭环通信，任何一端都能够灵活地下发和获取数据命令，各收发模块都具备网络侦听功能；当其中某段通信线路出现故障时，其他设备不仅能够通过顺时针路径向目标设备发送或接收数据命令，也能够通过逆时针路径向目标设备发送或接收数据命令，并反馈结果。
本发明具有如下优点：本发明所述的非主从式虚拟全双工网络与现有技术相比，以单根塑料光纤的串接，建成单芯半双工塑料光纤虚拟双向网络。这种网络在不要求实时性同步的情况下，能形成比双路全双工塑料光纤网络的稳定性、可靠性、生存性更为强大、更为优异；避免了故障率和通信率的较大下降，极大地提升还各终端间的信息传输效率(请确认黄色部分是否有错别字)，抗打击、抗干扰性得到了极大地加强，可以为互联网+的网络系统提供一个既抗打击能力强又具有高度实用化的支撑技术。
附图说明
图1是单根塑料光纤组网示意图；
图2是单根塑料光纤非主从式虚拟全双工网络逻辑图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图2所示，图2中，附图标记1表示COM口1，2表示COM口2，3表示COM口3，4表示COM口4，N表示COM口N。本发明所述的非主从式虚拟全双工网络包括塑料光纤收发模块(即图1中的光电转换模块)和单芯塑料光纤(即图1中的单根塑料光纤)，通过单芯塑料光纤实现半双工双向数据通信；所述的塑料光纤收发模块通过单根塑料光纤串连多个终端或传感通信节点(例如图1中的COM1、COM2、COM3、COM4、……、COMN)，在环形网络或树状网络的基础上，建设成虚拟双向网络；在各节点配置塑料光纤收发模块，在其中任意一个节点的通信模块上设立主控单元，每个节点都通过单根塑料光纤实现点与点之间的连接；既能够由主控单元向某个或所有节点发出命令，也能够由其他某个节点主动向主控单元上报信息。
所述的主控单元以顺时针方向发送命令时，若通信路径上某一处出现断线时，则问题将会反馈到主控单元，表明抄不到断线处以下的节点的信息，然后主控单元将会改变传输方向，以逆时针方向发送命令，将顺时针抄不到断线处后面的节点信息，通过逆时针全部补抄上来。
可见，断一根线并不会影响主控单元命令的执行。而且，若网络上某一个节点的模块损坏了，则主控单元抄不到的也仅仅是一个模块的数据，并没有造成整个网络的瘫痪和数据的缺失，抄收率下降很小。同理，当塑料光纤通信网络在发生故障时，能够在自动巡检时主动发现，并及时精准确定故障位置。
本发明所述的非主从式虚拟全双工网络以介质为可见光(绿光520nm)的塑料光纤通信。
所述的塑料光纤收发模块是基于塑料光纤单芯同轴半双工通信技术制作的塑料光纤收发模块。
所述的塑料光纤收发模块是塑料光纤光通信模块。
优选地，所述的塑料光纤收发模块具有自动中继功能和相对独立性，通信距离大幅延长，各个塑料光纤收发模块可主动上报信息。
所述的单芯塑料光纤在多个设备或终端之间串行连接。
在进行数据通信时，各设备或终端之间采用闭环通信，任何一端都能够灵活地下发和获取数据命令，各收发模块都具备网络侦听功能；当其中某段通信线路出现故障时，其他设备不仅能够通过顺时针路径向目标设备发送或接收数据命令，也能够通过逆时针路径向目标设备发送或接收数据命令，并反馈结果。
在本发明所述的非主从式虚拟全双工网络中，数据不会出现因某一模块故障或断纤而造成全网无法发送或接收，杜绝了全网的通信瘫痪，避免了故障率和通信率的较大幅下降，极大地提高了各设备间的的信息传输效率，实现了基于塑料光纤技术的通信网络，形成了一个“虚拟的双向通信网络”。
此种技术非常适合电气设备间相互连接与通信传输的需要，极大地提高和保证了通信质量，提高了通信效率，降低了运维成本。
本发明所述的非主从式虚拟全双工网络的创新点在于：
1、基于单根单芯同轴塑料光纤的通信组网方式。
2、以介质为可见光(绿光520nm)的塑料光纤通信。
3、非主从式：单根塑料光纤网络上的各收发模块具有自动中继功能和相对独立性，各个塑料光纤收发模块可主动上报信息。
4、虚拟全双工网络：通过单根塑料光纤进行半双工通信，实现非主从式虚拟全双工网络的构建，网络稳定性和生存性更加强大。
本发明所述的非主从式虚拟全双工网络的优点包括：
1、独有的利用单根塑料光纤实现半双工闭环回路，增强了网络系统整体可靠性。
2、每个收发通信模块都可进行虚拟双向(半双工)通信，网络稳定性和生存性，明显强于全双工方式：当某一模块出现故障或某一线路断线，不会影响其他数据的传输和采集，极大地提高了通信与采集的效率。
3、单根塑料光纤通信网络上各个收发模块具有相对独立性，单个收发模块的损坏不会造成整个网络的瘫痪，提高了网络通信的可靠性和稳定性。
4、塑料光纤收发模块具有自动中继功能，通信距离大幅延长。
5、塑料光纤网络架构逻辑简洁、现场布线、安装调试简单，缩短了施工周期、提高了工程实施效率。
6、远程快速查找和精准定位故障点，快速解决现场出现的设备故障和断线，大幅提升运维工作效率、降低运维成本。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，所述非主从式虚拟全双工网络包括塑料光纤收发模块和单芯塑料光纤，通过单芯塑料光纤实现半双工双向数据通信；所述的塑料光纤收发模块通过单根塑料光纤串连多个终端或传感通信节点，在环形网络或树状网络的基础上，建设成虚拟双向网络；在各节点配置塑料光纤收发模块，在其中任意一个节点的通信模块上设立主控单元，每个节点都通过单根塑料光纤实现点与点之间的连接；既能够由主控单元向某个或所有节点发出命令，也能够由其他某个节点主动向主控单元上报信息。
2.如权利要求1所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，所述的主控单元以顺时针方向发送命令时，若通信路径上某一处出现断线时，则问题将会反馈到主控单元，表明抄不到断线处以下的节点的信息，然后主控单元将会改变传输方向，以逆时针方向发送命令，将顺时针抄不到断线处后面的节点信息，通过逆时针全部补抄上来。
3.如权利要求1所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，断一根线并不会影响主控单元命令的执行，若网络上某一个节点的模块损坏了，则主控单元抄不到的也仅仅是一个模块的数据，并没有造成整个网络的瘫痪和数据的缺失；当塑料光纤通信网络在发生故障时，能够在自动巡检时主动发现，并及时精准确定故障位置。
4.如权利要求1所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，所述的非主从式虚拟全双工网络以介质为可见光的塑料光纤通信。
5.如权利要求4所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，所述的可见光为波长520nm的绿光。
6.如权利要求1所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，所述的塑料光纤收发模块是基于塑料光纤单芯同轴半双工通信技术制作的塑料光纤收发模块。
7.如权利要求6所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，所述的塑料光纤收发模块是塑料光纤光通信模块。
8.如权利要求1所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，所述的塑料光纤收发模块具有自动中继功能和相对独立性，各个塑料光纤收发模块能够主动上报信息。
9.如权利要求1所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，所述的单芯塑料光纤在多个设备或终端之间串行连接。
10.如权利要求1所述的非主从式虚拟全双工网络，其特征在于，在进行数据通信时，各设备或终端之间采用闭环通信，任何一端都能够灵活地下发和获取数据命令，各收发模块都具备网络侦听功能；当其中某段通信线路出现故障时，其他设备不仅能够通过顺时针路径向目标设备发送或接收数据命令，也能够通过逆时针路径向目标设备发送或接收数据命令，并反馈结果。
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