CN112087342A - 多环网双向通信拓扑系统、通信方法及电子设备 - Google Patents

多环网双向通信拓扑系统、通信方法及电子设备 Download PDF

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CN112087342A CN202010998112.6A CN202010998112A CN112087342A CN 112087342 A CN112087342 A CN 112087342A CN 202010998112 A CN202010998112 A CN 202010998112A CN 112087342 A CN112087342 A CN 112087342A
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Abstract

本发明提供了一种多环网双向通信拓扑系统、通信方法及电子设备，涉及通信拓扑技术领域，该系统包括：网络主节点以及与网络主节点相连的多个通信环网；网络主节点包含多个主节点通信接口模块，主节点通信接口模块用于对网络数据进行编码、校验、转换以及恢复；通信环网中包含多个串联的子节点，子节点中通过内置的子节点通信接口模块实现双向通信；子节点中的起始子节点、终止子节点分别与网络主节点中对应的主节点通信接口模块相连接。该多环网双向通信拓扑系统可增强电力电子分布式控制系统的实时性和高载波频率，提升电力电子分布式控制系统可接入子节点个数，降低通信环网的通信延时，提升了通信环网的扩展性、移植性以及智能化程度。

Description

多环网双向通信拓扑系统、通信方法及电子设备
技术领域
本发明涉及通信拓扑技术领域，尤其是涉及一种多环网双向通信拓扑系统、通信方法及电子设备。
背景技术
现有的电力电子分布式控制系统的通信拓扑主要有两种：单环网通信拓扑、双环网通信拓扑；其中，单环网通信拓扑中的通信过程中的通信延迟，会随着环网中节点个数的增加而不断累积，实时性较差；而且通信数据单向传输无法计算出各节点之间的光纤传输延时；双环网通信拓扑虽然具有双向光纤连接环路，但仅仅是一种通信数据反方向、顺序传输的冗余设计，传输延时的计算过程复杂，智能化程度较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多环网双向通信拓扑系统、通信方法及电子设备，可保证电力电子分布式控制系统的实时性和高载波频率(20KHz以上)，最大限度的提升电力电子分布式控制系统可接入子节点个数，大幅降低了通信环网的通信延时，方便通信环网的扩展和移植，使得双向通信环网更加的智能化。
第一方面，本发明实施例提供了一种多环网双向通信拓扑系统，该系统包括：网络主节点以及与网络主节点相连的多个通信环网；
网络主节点包含多个主节点通信接口模块，主节点通信接口模块用于对网络数据进行编码、校验、转换以及恢复；
通信环网中包含多个串联的子节点，子节点中通过内置的子节点通信接口模块实现双向通信；子节点中的起始子节点、终止子节点分别与网络主节点中对应的主节点通信接口模块相连接。
在一些实施方式中，上述主节点通信接口模块与子节点通信接口模块为相同的FPGA芯片；
FPGA芯片包括信号发射接口以及信号接收接口；相邻的主节点通信接口模块与子节点通信接口模块，通过对应的信号发射接口以及信号接收接口相连。
在一些实施方式中，上述FPGA芯片包括：通信协议模块、时钟同步模块以及通信接口模块；
通信接口模块提供信号发射接口以及信号接收接口；通信协议模块与通信接口模块、时钟同步模块相连接。
在一些实施方式中，上述通信协议模块包含输入通路以及输出通路；其中，按照信号发射接口的数据传输方向，输入通路包括：时钟/数据恢复模块、串转并模块、8B/10B解码模块以及CRC校验模块；
时钟/数据恢复模块用于时钟/数据的恢复；串转并模块用于实现串转并功能；8B/10B解码模块用于实现8B/10B解码；CRC校验模块用于实现CRC校验；
按照信号接收接口的数据传输方向，输出通路包括：CRC编码模块、8B/10B编码模块以及并转串模块；
CRC编码模块用于实现CRC编码；8B/10B编码模块用于实现8B/10B编码；并转串模块用于实现并转串功能。
第二方面，本发明实施例提供了一种多环网通信方法，应用于上述第一方面提到的多环网双向通信拓扑系统，该方法包括：
网络主节点将网络数据同时发送至通信环网中；
通信环网的起始子节点接收到网络数据后，按照通信环网中子节点的串联顺序，依次将网络数据传输至通信环网中的各个子节点；
当网络数据传输至终止子节点后，网络数据传输至网络主节点中。
在一些实施方式中，上述方法还包括：
终止子节点将网络数据同时发送至通信环网中；
通信环网的终止子节点接收到网络数据后，按照通信环网中子节点的串联顺序，依次将网络数据传输至通信环网中的各个子节点；
当网络数据传输至起始子节点后，网络数据传输至网络主节点中。
在一些实施方式中，上述方法还包括：
记录网络数据在网络主节点以及子节点传输时的时刻；
当网络数据在起始子节点、终止子节点之间完成双向传输后，根据网络数据在网络主节点以及子节点传输时的时刻，计算相邻子节点之间的延时数据；
根据延时数据，完成多环网双向通信拓扑系统的时钟同步。
在一些实施方式中，上述延时数据包括：传输延时数据以及节点延时数据；
传输延时数据包括相邻子节点之间的传输延时，还包括主节点分别与起始子节点、终止子节点之间的传输延时；
节点延时数据为时钟同步命令帧经过子节点以及主节点的通过延时。
第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现上述第二方面任意可能的实施方式中提到的多环网通信方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，程序代码使处理器实现上述第一方面任意可能的实施方式中提到的多环网通信方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供了一种多环网双向通信拓扑系统、通信方法及电子设备，该系统包括：网络主节点以及与网络主节点相连的多个通信环网；网络主节点包含多个主节点通信接口模块，主节点通信接口模块用于对网络数据进行编码、校验、转换以及恢复；通信环网中包含多个串联的子节点，子节点中通过内置的子节点通信接口模块实现双向通信；子节点中的起始子节点、终止子节点分别与网络主节点中对应的主节点通信接口模块相连接。在多环网通信过程中，网络主节点首先将网络数据同时发送至通信环网中；然后，通信环网的起始子节点接收到网络数据后按照通信环网中子节点的串联顺序，依次将网络数据传输至通信环网中的各个子节点；当网络数据传输至终止子节点后，网络数据传输至网络主节点中，完成环网的闭合通信。该多环网双向通信拓扑系统及通信方法可保证电力电子分布式控制系统的实时性和高载波频率(20KHz以上)，最大限度的提升电力电子分布式控制系统可接入子节点个数，大幅降低了通信环网的通信延时，方便通信环网的扩展和移植，使得双向通信环网更加的智能化。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多环网双向通信拓扑系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种多环网双向通信拓扑系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种多环网双向通信拓扑系统中通信接口模块的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的多环网通信方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的多环网通信方法中反向传输时的方法流程图；
图6为本发明实施例提供的多环网通信方法中时钟同步过程的方法流程图；
图7为本发明实施例提供的多环网通信方法中，通信数据双向传输计算各节点之间传输延时的示意图；
图8为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
图标：
10-网络主节点；11-主节点通信接口模块；20-通信环网；21-子节点；22-子节点通信接口模块；101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为满足电力电子变换装置更大输出功率的需求，且受限于现有电力电子器件的电压/电流等级，近年来电力电子模块化的思想得到了越来越广泛的研究和应用。遵循“搭积木”的方式组合若干个电力电子单元模块，可以重构出输出功率更大、主电路拓扑更复杂的电力电子变换装置，比如高压级联H桥多电平、多相、低压并联等主电路拓扑。
针对重构出的大功率电力电子变换装置，传统的集中式控制系统的缺陷显而易见：通用性太差、模块化难度太大、控制系统中存在大量的点对点通信线从而导致潜在的故障率高，因此分布式控制系统更符合大功率电力电子变换装置模块化的发展方向，得到广泛运用。
现有的适用于电力电子分布式控制系统的高速光纤环网通信拓扑主要有两种：单环网通信拓扑、双环网通信拓扑。
单环网通信拓扑中通信数据的串行bit流从主节点发出，并按照光纤通信线的连接顺序经过各子节点，最终反馈回主节点，单环网通信拓扑中的通信数据单向、顺序传输。通信数据在通信环网中各节点之间传输时，存在通信延时，并且随着环网中节点个数的增加而不断累积使得延时较大，导致控制系统的实时性越差，无法适用于高载波频率(20KHz以上)的电力电子分布式系统。特别地，由于各节点的晶振频率不可避免的存在漂移或抖动，通信数据单向传输是无法计算出各节点之间的光纤传输延时的。
双环网通信拓扑是一种基于单环网通信拓扑的容错拓扑，区别于单环网通信拓扑，双环网通信拓扑只是存在一个备用的反方向通信环网，主要作用是当正方向通信环网出现故障时，各节点切入反方向通信环网，从而可以继续通信网络的正常工作。但是，该通信拓扑下的分布式控制系统可接入子节点的个数，以及环网的通信延时，和单环网通信拓扑是一样的，而且该通信拓扑虽然具有双向光纤连接环路，但仅仅是一种通信数据反方向、顺序传输的冗余设计。
另外，现有的计算各节点之间光纤传输延时的方法，假设各节点之间的光纤等长且均为L，然后利用光纤延时约5ns/m计算出传输延时L*5ns/m，而实际工程应用中若各节点间光纤长度不相等，则还需分别人工手动计算，操作复杂，智能化程度低下。
基于此，本发明实施例提供了一种多环网双向通信拓扑系统、通信方法及电子设备，可通过内置的多个双向通信的环网，保证电力电子分布式控制系统的实时性和高载波频率，提升电力电子分布式控制系统可接入子节点个数，大幅降低通信环网的通信延时，方便通信环网的扩展和移植，使得双向通信环网更加的智能化。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种多环网双向通信拓扑系统进行详细介绍。
参见图1所示的一种多环网双向通信拓扑系统的结构示意图，该系统包括：网络主节点10以及与网络主节点10相连的多个通信环网20；
网络主节点10包含多个主节点通信接口模块11，主节点通信接口模块用于对网络数据进行编码、校验、转换以及恢复；
通信环网中包含多个串联的子节点21，子节点21中通过内置的子节点通信接口模块22实现双向通信；子节点21中的起始子节点、终止子节点分别与网络主节点中对应的主节点通信接口模块相连接。
图2为另一种多环网双向通信拓扑系统的结构示意图，在一些实施方式中，上述主节点通信接口模块与子节点通信接口模块为相同的FPGA芯片，网络主节点为主节点FPGA，通信环网中包括了多个子节点FPGA。其中的FPGA芯片包括信号发射接口以及信号接收接口；相邻的主节点通信接口模块与子节点通信接口模块，通过对应的信号发射接口以及信号接收接口相连。
以图2中的多环网双向通信拓扑系统为例，具体的说，子节点一共有12个，共3个通信环网。其中的子节点1、子节点2、子节点3、子节点4串联组成第一通信环网；子节点1和子节点4分别与主节点进行双向数据交互；子节点1、子节点2、子节点3、子节点4之间也是双向数据交互。类似的，子节点5、子节点6、子节点7、子节点8串联组成第二通信环网；子节点5和子节点8分别与主节点进行双向数据交互；子节点5、子节点6、子节点7、子节点8之间也是双向数据交互。子节点9、子节点10、子节点11、子节点12串联组成第三通信环网；子节点9和子节点12分别与主节点进行双向数据交互；子节点9、子节点10、子节点11、子节点12之间也是双向数据交互。
图3为通信接口模块的结构示意图，该通信接口模块采用FPGA芯片实现。在一些实施方式中，上述FPGA芯片包括：通信协议模块、时钟同步模块以及通信接口模块。
通信接口模块提供信号发射接口Tx以及信号接收接口Rx；通信协议模块与通信接口模块、时钟同步模块相连接。
具体实施过程中，上述通信协议模块包含输入通路以及输出通路；其中，按照信号发射接口Tx的数据传输方向，输入通路包括：时钟/数据恢复模块、串转并模块、8B/10B解码模块以及CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码)校验模块；
时钟/数据恢复模块用于时钟/数据的恢复；串转并模块用于实现串转并功能；8B/10B解码模块用于实现8B/10B解码；CRC校验模块用于实现CRC校验；
按照信号接收接口Rx的数据传输方向，输出通路包括：CRC编码模块、8B/10B编码模块以及并转串模块；
CRC编码模块用于实现CRC编码；8B/10B编码模块用于实现8B/10B编码；并转串模块用于实现并转串功能。
从上述实施例中提到的多环网双向通信拓扑系统可知，该系统通过主节点与多个通信环网中的子节点进行多环网双向通信，实现了高效的通信数据双向传输，有利于提升各节点之间传输延时的计算精度，方便通信环网的扩展和移植。
对应于上述多环网双向通信拓扑系统实施例，本发明实施例还提供了一种多环网通信方法，该方法应用于上述实施例中提到的多环网双向通信拓扑系统，该方法流程图如图4所示，该方法包括：
步骤S401，网络主节点将网络数据同时发送至通信环网中。
以图2中的多环网双向通信拓扑系统为例，主节点FPGA上集成的6个通信接口模块提供了6对光纤收发接口，各子节点FPGA上集成的2个通信接口模块提供了2对光纤收发接口，将分布式系统中所有的12个子节点分为3组，利用光纤连接线将各组中的4个子节点的光纤收发接口互连成线。
采取一主多从的通信模式，对分布式系统中所有的12个子节点进行通信组网，将3组互连成线的4个子节点中的头部子节点和尾部子节点的光纤收发接口，利用光纤连接到主节点FPGA的光纤收发接口上，从而重构出双向通信的高速光纤三环网通信拓扑。
网络主节点将数据同时发送至第一通信环网、第二通信环网以及第三通信环网中，第一通信环网中的子节点1、第二通信环网中的子节点5以及第三通信环网中的子节点9作为起始子节点，分别接收各自对应的网络数据。
步骤S402，通信环网的起始子节点接收到网络数据后，按照通信环网中子节点的串联顺序，依次将网络数据传输至通信环网中的各个子节点。
子节点1、子节点5以及子节点9作为起始子节点接收到网络数据后，按照通信环网中设置的子节点串联顺序，依次将网络数据传输至通信环网中的各个子节点中。
步骤S403，当网络数据传输至终止子节点后，网络数据传输至网络主节点中。
第一通信环网、第二通信环网以及第三通信环网内的数据传输完毕后，实现了各个环网的并行通信，相比于现有单环网通信拓扑和双环网通信拓扑，在接入12个子节点进行通信的情况下，本发明实施例的多环网通信方法通过三环网通信拓扑系统，就将环网通信延时降低了2/3，极大的提升了分布式控制系统的实时性，完全适用于高载波频率(20KHz以上)的电力电子分布式系统。
将上述方法实施例中的数据通信顺序记为正向，那么对于反向而言，上述方法流程图如图5所示，还包括：
步骤S501，终止子节点将网络数据同时发送至通信环网中。
依旧以图2中的多环网双向通信拓扑系统为例，网络主节点将数据同时发送至第一通信环网、第二通信环网以及第三通信环网中，第一通信环网中的子节点4、第二通信环网中的子节点8以及第三通信环网中的子节点12作为起始子节点，分别接收各自对应的网络数据。
步骤S502，通信环网的终止子节点接收到网络数据后，按照通信环网中子节点的串联顺序，依次将网络数据传输至通信环网中的各个子节点；
步骤S503，当网络数据传输至起始子节点后，网络数据传输至网络主节点中。
反向传输过程与正向传输过程的原理相同，只是起始子节点、终止子节点不同，再次不再赘述。
多环网双向通信拓扑系统完成通信组网之后，进行各通信节点之间的时钟同步十分关键，时钟同步的精度直接决定了分布式控制系统的性能，因此，在一些实施方式中，上述方法中还包括时钟同步过程，时钟同步过程的方法流程图如图6所示，包括：
步骤S601，记录网络数据在网络主节点以及子节点传输时的时刻。
以图2中的多环网双向通信拓扑系统为例，3个光纤通信环网并行工作，主节点FPGA上的6个通信接口模块同时发送时钟同步命令帧，并在对应的通信环网中双向传输，最后传输回主节点FPGA，各节点分别记录下接收和转发时钟同步命令帧的时间点。
通信数据双向传输计算各节点之间传输延时的示意图如图7所示，以子节点1至子节点4所在的第一通信环网为例：
正方向通信下主节点FPGA发出时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000111
经过光纤传输到子节点1接收到时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000112
经过子节点1内部处理后转发时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000113
经过光纤传输到子节点2接收到时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000114
经过子节点2内部处理后转发时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000115
经过光纤传输到子节点3接收到时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000116
经过子节点3内部处理后转发时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000117
经过光纤传输到子节点4接收到时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000118
经过子节点4内部处理后转发时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000119
经过光纤传输回主节点FPGA接收到子节点4传输过来的时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA00026927085600001110
环网完成了一次时钟同步命令帧正方向通信；
反方向通信下主节点FPGA发出时钟同步命令帧，记下时间点
Figure BDA00026927085600001111
经过光纤传输到子节点4接收到时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA00026927085600001112
经过子节点4内部处理后转发时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA00026927085600001113
经过光纤传输到子节点3接收到时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA00026927085600001114
经过子节点3内部处理后转发时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA00026927085600001115
经过光纤传输到子节点2接收到时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA00026927085600001116
经过子节点2内部处理后转发时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA00026927085600001117
经过光纤传输到子节点1接收到时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000121
经过子节点1内部处理后转发时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000122
经过光纤传输回主节点FPGA接收到子节点1传输过来的时钟同步命令帧记下时间点
Figure BDA0002692708560000123
环网完成了一次时钟同步命令帧反方向通信。
步骤S602，当网络数据在起始子节点、终止子节点之间完成双向传输后，根据网络数据在网络主节点以及子节点传输时的时刻，计算相邻子节点之间的延时数据。
基于步骤1中记录下的时间点，可计算出3个光纤通信环网中各节点之间的光纤传输延时，以及各节点之间的时钟偏置，继而计算出通信延时，完成各从节点和主节点之间的时钟同步。本发明实施例中时钟同步命令帧的双向通信，提供了各节点之间的光纤传输延时精确计算的条件，以主节点和从节点1为例，假设二者之间的光纤传输延时为T1_delay，时钟偏置为T1_offset，则根据时间戳同步的PTP协议可得出以下算式：
Figure BDA0002692708560000124
Figure BDA0002692708560000125
如此可解得主节点和从节点1之间的时钟偏置T1_offset和光纤传输延时为T1_delay；其他节点同理。
步骤S603，根据延时数据，完成多环网双向通信拓扑系统的时钟同步。
具体的，延时数据包括：传输延时数据以及节点延时数据；传输延时数据包括相邻子节点之间的传输延时，还包括主节点分别与起始子节点、终止子节点之间的传输延时；节点延时数据为时钟同步命令帧经过子节点以及主节点的通过延时。根据延时数据T1_delay，对多环网双向通信拓扑系统进行时钟同步。相比现有技术，该实施例中的时钟同步无需光纤等长的假设条件，完全自动计算并完成时钟同步。
本发明实施例中提供的多环网双向通信拓扑系统，与上述系统实施例中提供的多环网双向通信拓扑系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
本实施例还提供一种电子设备，为该电子设备的结构示意图如图8所示，该设备包括处理器101和存储器102；其中，存储器102用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述多环网通信方法。
图8所示的电子设备还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。
其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的IPv4报文或IPv4报文通过网络接口发送至用户终端。
处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多环网双向通信拓扑系统，其特征在于，所述系统包括：网络主节点以及与所述网络主节点相连的多个通信环网；
所述网络主节点包含多个主节点通信接口模块，所述主节点通信接口模块用于对网络数据进行编码、校验、转换以及恢复；
所述通信环网中包含多个串联的子节点，所述子节点中通过内置的子节点通信接口模块实现双向通信；所述子节点中的起始子节点、终止子节点分别与所述网络主节点中对应的所述主节点通信接口模块相连接。
2.根据权利要求1所述的多环网双向通信拓扑系统，其特征在于，所述主节点通信接口模块与所述子节点通信接口模块为相同的FPGA芯片；
所述FPGA芯片包括信号发射接口以及信号接收接口；相邻的所述主节点通信接口模块与所述子节点通信接口模块，通过对应的所述信号发射接口以及信号接收接口相连。
3.根据权利要求2所述的多环网双向通信拓扑系统，其特征在于，所述FPGA芯片包括：通信协议模块、时钟同步模块以及通信接口模块；
所述通信接口模块提供所述信号发射接口以及所述信号接收接口；所述通信协议模块与所述通信接口模块、所述时钟同步模块相连接。
4.根据权利要求3所述的多环网双向通信拓扑系统，其特征在于，所述通信协议模块包含输入通路以及输出通路；其中，
按照所述信号发射接口的数据传输方向，所述输入通路包括：时钟/数据恢复模块、串转并模块、8B/10B解码模块以及CRC校验模块；
所述时钟/数据恢复模块用于时钟/数据的恢复；所述串转并模块用于实现串转并功能；所述8B/10B解码模块用于实现8B/10B解码；所述CRC校验模块用于实现CRC校验；
按照所述信号接收接口的数据传输方向，所述输出通路包括：CRC编码模块、8B/10B编码模块以及并转串模块；
所述CRC编码模块用于实现CRC编码；所述8B/10B编码模块用于实现8B/10B编码；所述并转串模块用于实现并转串功能。
5.一种多环网通信方法，应用于权利要求1至4任一项提到的所述多环网双向通信拓扑系统，其特征在于，所述方法包括：
所述网络主节点将网络数据同时发送至所述通信环网中；
所述通信环网的起始子节点接收到所述网络数据后，按照所述通信环网中子节点的串联顺序，依次将所述网络数据传输至所述通信环网中的各个子节点；
当所述网络数据传输至所述终止子节点后，所述网络数据传输至所述网络主节点中。
6.根据权利要求5所述的多环网通信方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述终止子节点将网络数据同时发送至所述通信环网中；
所述通信环网的终止子节点接收到所述网络数据后，按照所述通信环网中子节点的串联顺序，依次将所述网络数据传输至所述通信环网中的各个子节点；
当所述网络数据传输至所述起始子节点后，所述网络数据传输至所述网络主节点中。
7.根据权利要求6所述的多环网通信方法，其特征在于，所述方法还包括：
记录所述网络数据在所述网络主节点以及所述子节点传输时的时刻；
当所述网络数据在所述起始子节点、所述终止子节点之间完成双向传输后，根据所述网络数据在所述网络主节点以及所述子节点传输时的时刻，计算相邻子节点之间的延时数据；
根据所述延时数据，完成所述多环网双向通信拓扑系统的时钟同步。
8.根据权利要求7所述的多环网通信方法，其特征在于，所述延时数据包括：传输延时数据以及节点延时数据；
所述传输延时数据包括相邻子节点之间的传输延时，还包括主节点分别与起始子节点、终止子节点之间的传输延时；
所述节点延时数据为时钟同步命令帧经过子节点以及主节点的通过延时。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储装置；所述存储装置上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时实现如权利要求5至8任一项所述的多环网通信方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时实现上述权利要求5至8任一项所述的多环网通信方法的步骤。
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