CN114124786B - 用于轨道交通列车的r-nat装置及etbn交换机 - Google Patents
用于轨道交通列车的r-nat装置及etbn交换机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114124786B CN114124786B CN202010869931.0A CN202010869931A CN114124786B CN 114124786 B CN114124786 B CN 114124786B CN 202010869931 A CN202010869931 A CN 202010869931A CN 114124786 B CN114124786 B CN 114124786B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ethernet
- network
- module
- backbone
- network address
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 39
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 27
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 19
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 19
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 35
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 5
- 101100283411 Arabidopsis thaliana GMII gene Proteins 0.000 description 2
- 101100518633 Caenorhabditis elegans dpy-18 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100518639 Caenorhabditis elegans phy-2 gene Proteins 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- RWLRWONNIHIYGR-UHFFFAOYSA-N 18-[[3,5-bis[1-[17-carboxyheptadecyl(methyl)amino]ethyl]-2-hydroxyphenyl]methyl-methylamino]nonadecanoic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCCCCCCCCCC(C)N(C)CC1=CC(C(C)N(C)CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O)=CC(C(C)N(C)CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O)=C1O RWLRWONNIHIYGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100059544 Arabidopsis thaliana CDC5 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100244969 Arabidopsis thaliana PRL1 gene Proteins 0.000 description 1
- 102100039558 Galectin-3 Human genes 0.000 description 1
- 101100454448 Homo sapiens LGALS3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150115300 MAC1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150051246 MAC2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
- B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or train
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
- H04L45/02—Topology update or discovery
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
- H04L45/74—Address processing for routing
- H04L45/745—Address table lookup; Address filtering
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L49/00—Packet switching elements
- H04L49/10—Packet switching elements characterised by the switching fabric construction
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L49/00—Packet switching elements
- H04L49/25—Routing or path finding in a switch fabric
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
- H04L67/01—Protocols
- H04L67/02—Protocols based on web technology, e.g. hypertext transfer protocol [HTTP]
- H04L67/025—Protocols based on web technology, e.g. hypertext transfer protocol [HTTP] for remote control or remote monitoring of applications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
- H04L67/01—Protocols
- H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
- H04L67/1095—Replication or mirroring of data, e.g. scheduling or transport for data synchronisation between network nodes
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
- H04L67/01—Protocols
- H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Small-Scale Networks (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于轨道交通列车的R‑NAT装置,其包含:功能实现模块,其用于对接收到的以太网数据包进行列车通信网络系统内的网络地址转换,网络地址转换过程包含:以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程以及以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程;端口物理层,其经过接口电路后形成连接以太编组网的以太网接口,用于在网络地址转换过程中与以太编组网进行数据传递。本发明提供的用于轨道交通列车的R‑NAT装置实现了硬件的R‑NAT转化,不需要依赖专门的芯片,具有自主可控的特点,且运行速度快,可靠性高,对于R‑NAT处理可以达到ETB骨干网需要的100Mbps或者1000Mbps的线速要求;本发明提供的用于轨道交通列车的ETBN交换机,实现R‑NAT功能不再需要依赖主控模块软件运行。
Description
技术领域
本发明涉及以太网通讯技术领域,具体地说,涉及一种用于轨道交通列车的R-NAT装置及ETBN交换机。
背景技术
在轨道交通列车通信网络的车载以太网通讯领域,TCN(Train CommunicationNetwork,列车通信网络)中基于IEC61375-2-5(列车骨干网协议标准)和IEC61375-3-4(列车编组网协议标准)的以太列车骨干网和编组网中,ETB(Ethernet Train Backbone,以太骨干网)级编址方法与ECN(Ethernete Consist Network,以太编组网)级编址方法不同,为了实现列车上各级网络间安全通信以及方便列车的解编和重连,避免不同编组网的设备IP(Internet Protocol Address)地址冲突,当不同编组网内的终端设备需要互相通信时,需要在ETB骨干网节点的ETBN(Ethernet Train Backbone Node,骨干网节点)交换机处运用R-NAT算法实现ECN级编组网与ETB级骨干网间地址转换(Railway-Network AddressTranslation,R-NAT)。
现有技术中,ETB标准中R-NAT的引入不是由于IP匮乏,而是由于其ETB和ECN两级分层的网络架构。为了使网络配置方案更加自由,在编组网这一级可使用固定地址配置方案,不随初运行的结果而变化,也不需要根据不同的编组进行不同的设置。
由于R-NAT功能是轨道交通列车通信网络中独有的一种协议,和常规以太网中的NAT相比,具有自己的特点。因此,目前在低成本和低功耗的嵌入式领域,很少有专门针对R-NAT功能的硬件结构开发。
现有技术中,在ETBN交换机中,一般是依赖于中央处理器(CPU)的软件运行去实现R-NAT功能。这种依靠软件的做法,对CPU性能要求高,CPU功耗和成本随之增大,产品生命周期缩短,并且嵌入式CPU芯片除了运行R-NAT软件算法外,还需要实现系统的初始化、配置、管理以及运行上层应用程序等一系列软件,造成对以太网报文进行R-NAT处理时线速往往只达到30Mbps左右,远远不能满足ETB骨干网需要的100Mbps或者1000Mbps的线速要求。
因此,本发明提供了一种用于轨道交通列车的R-NAT装置及ETBN交换机。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种用于轨道交通列车的R-NAT装置,所述R-NAT装置包含:
功能实现模块,其用于对接收到的以太网数据包进行列车通信网络系统内的网络地址转换,网络地址转换过程包含:以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程以及以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程;
端口物理层,其经过接口电路后形成连接以太编组网的以太网接口,用于在网络地址转换过程中与以太编组网进行数据传递。
根据本发明的一个实施例,所述功能实现模块包含:
同步检测模块,其通过高速串行接口与所述端口物理层连接,用于接收由第一网络传输来的所述以太网数据包,并对所述以太网数据包进行同步信息提取以及帧起始标识符识别。
根据本发明的一个实施例,所述功能实现模块包含:
双端口存储模块,其与所述同步检测模块连接,用于存储帧起始标识符之后的有效数据。
根据本发明的一个实施例,所述功能实现模块包含:
中央控制模块,其与所述同步检测模块以及所述双端口存储模块连接,用于提取所述以太网数据包的源地址。
根据本发明的一个实施例,所述功能实现模块包含:
地址转化模块,其与所述中央控制模块以及所述双端口存储模块连接,用于基于接收终端所处的以太编组网的标识号,将所述源地址转化成第二网络侧的网络地址。
根据本发明的一个实施例,所述功能实现模块包含:
同步再生模块,其与所述双端口存储模块以及所述中央控制模块连接,用于生成前同步码以及帧首界定符启动数据,并结合所述有效数据以及第二网络侧的网络地址生成经过网络地址转化后的以太网数据包。
根据本发明的一个实施例,所述功能实现模块包含:
标识号存储模块,其与所述中央控制模块连接,用于存储执行列车拓扑发现协议后得到的列车通信网络系统内每个以太编组网的标识号。
根据本发明的一个实施例,在由以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程中,所述第一网络为以太编组网,所述第二网络为以太骨干网,在由以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程中,所述第一网络为以太骨干网,所述第二网络为以太编组网。
根据本发明的一个实施例,所述功能实现模块包含:两个同步检测模块、两个双口存储模块、两个地址转化模块以及两个同步再生模块。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种用于轨道交通列车的ETBN交换机,所述交换机包含:
如上任一项所述的用于轨道交通列车的R-NAT装置;
交换模块,其与所述R-NAT装置通信,用于在以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程中将以太网数据包进行三层路由转发至以太骨干网,或用于在以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程中将以太网数据包转发至所述R-NAT装置;
主控模块,其与所述R-NAT装置以及所述交换模块通信,用于对所述R-NAT装置以及所述交换模块进行配置、管理以及监控。
本发明提供的用于轨道交通列车的R-NAT装置实现了硬件的R-NAT转化,不需要依赖专门的芯片,具有自主可控的特点,且运行速度快,可靠性高,对于R-NAT处理可以达到ETB骨干网需要的100Mbps或者1000Mbps的线速要求;本发明提供的用于轨道交通列车的ETBN交换机,实现R-NAT功能不再需要依赖主控模块软件运行,解放了主控模块也大大释放了主控模块内部资源,降低了对于ETBN交换机主控模块的性能要求,对于降低芯片成本和功耗具有很大的帮助;并且不需要针对ETBN交换机为实现R-NAT而进行复杂的配置和管理操作,增加了使用的简便性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例共同用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1显示了根据本发明的一个实施例的用于轨道交通列车的R-NAT装置结构框图;
图2显示了根据本发明的一个实施例的功能实现模块结构框图;
图3显示了根据本发明的一个实施例的实现R-NAT功能的示意图;以及
图4显示了根据本发明的一个实施例的用于轨道交通列车的ETBN交换机结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。
图1显示了根据本发明的一个实施例的用于轨道交通列车的R-NAT装置结构框图。如图1,R-NAT装置100包含功能实现模块101以及端口物理层102。
功能实现模块101用于对接收到的以太网数据包进行列车通信网络系统内的网络地址转换,网络地址转换过程包含:以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程以及以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程。
在一个实施例中,功能实现模块101采用FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)或ASIC(Application Specific Integrated Circuits,专用集成电路芯片)实现。
端口物理层102经过接口电路后形成连接以太编组网的以太网接口,用于在网络地址转换过程中与以太编组网进行数据传递。
在一个实施例中,端口物理层102包含第一端口物理层1021以及第二端口物理层1022。
具体来说,第一端口物理层1021以及第二端口物理层1022采用PHY芯片(PhysicalLayer)实现,高速串行接口采用SGMII接口(Serial Gigabit Media IndependentInterface)实现。
进一步地,相比较于GMII和RGMII,SGMII是串行的,不需要提供另外的时钟,另外SGMII是有8B/10b编码的,速率是1.25G,满足100Mbps和1000Mbps的线速要求;GMII和RGMII都是并行的,而且需要随路时钟,PCB布线相对麻烦,而且不适应背板应用,因此,本申请选择SGMII接口作为高速串行接口。
具体来说,每个端口物理层都通过高速串行接口与功能实现模块101连接。第一端口物理层1021以及第二端口物理层1022通过接口电路后形成连接以太编组网的两个以太网接口。两个以太网接口在功能实现模块101内部的逻辑相同。
以一路以太网接口为例,图2显示了功能实现模块101的结构框图,如图2,功能实现模块101包含同步检测模块、双端口存储模块、地址转化模块、同步再生模块、中央控制模块205以及标识号存储模块206。
在一个实施例中,功能实现模块101包含:两个同步检测模块(第一同步检测模块201以及第二同步检测模块207)、两个双口存储模块(第一双口存储模块202以及第二双口存储模块208)、两个地址转化模块(第一地址转化模块203以及第二地址转化模块209)、两个同步再生模块(第一同步再生模块204以及第二同步再生模块2010)。
如图2,功能实现模块101内部的连接关系如下:
第一同步检测模块201通过高速串行接口的接收信号即第一接收接口(SGMII-1-RX)与外界连接,此处的外界为背板网口,即连接以太编组网的以太网接口,第一同步检测模块201还与中央控制模块205以及第一双口存储模块202连接。
第一双口存储模块202与第一同步检测模块201、中央控制模块205、第一同步再生模块204以及第一地址转化模块203连接。
第一地址转化模块203与第一双口存储模块202以及中央控制模块205连接。
第一同步再生模块204通过高速串行接口的发射信号即第二发射接口(SGMII-3-TX)与外界连接,此处的外界为ETBN交换机中的交换模块,第一同步再生模块204还与第一双口存储模块202以及中央控制模块205连接。
中央控制模块205与第一同步检测模块201、第一双口存储模块202、第一地址转化模块203、第一同步再生模块204、标识号存储模块206、第二同步检测模块207、第二双口存储模块208、第二地址转化模块209以及第二同步再生模块2010连接。
标识号存储模块206通过局部总线(Local Bus)与外界连接,此处的外界为ETBN交换机中的主控模块,标识号存储模块206还与中央控制模块205连接。
第二同步检测模块207通过高速串行接口的接收信号即第二接收接口(SGMII-3-RX)与外界连接,此处的外界为ETBN交换机中的交换模块,第二同步检测模块207还与中央控制模块205以及第二双口存储模块208连接。
第二双口存储模块208与第二同步检测模块207、中央控制模块205、第二同步再生模块2010以及第二地址转化模块209连接。
第二地址转化模块209与第二双口存储模块208以及中央控制模块205连接。
第二同步再生模块2010通过高速串行接口的发射信号即第一发射接口(SGMII-1-TX)与外界连接,此处的外界为背板网口,即连接以太编组网的以太网接口,第二同步再生模块2010还与第二双口存储模块208以及中央控制模块205连接。
具体来说,同步检测模块通过高速串行接口与端口物理层连接,用于接收由第一网络传输来的以太网数据包,并对以太网数据包进行同步信息提取以及帧起始标识符识别。
在一个实施例中,同步检测模块用于接收由第一网络内发送终端传输来的以太网数据包,提取以太网数据包的同步信息,并对以太网数据包进行帧起始标识符的识别,识别当前的以太网数据包是否为正确的以太网数据包。
具体来说,双端口存储模块与同步检测模块连接,用于存储帧起始标识符之后的有效数据。
在一个实施例中,当同步检测模块识别当前的以太网数据包为正确以太网数据包,则将正确的以太网数据包传输至双端口存储模块中,由双端口存储模块暂存帧起始标识符之后的有效数据。
进一步地,双端口存储模块采用双口RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)芯片。
具体来说,中央控制模块与同步检测模块以及双端口存储模块连接,用于提取以太网数据包的源地址。在一个实施例中,源地址指发送以太网数据包的发送终端的源IP地址。
具体来说,地址转化模块与中央控制模块以及双端口存储模块连接,用于基于接收终端所处的以太编组网的标识号,将源地址转化成第二网络侧的网络地址。
具体来说,同步再生模块与双端口存储模块以及中央控制模块连接,用于生成前同步码以及帧首界定符启动数据,并结合有效数据以及第二网络侧的网络地址生成经过网络地址转化后的以太网数据包。
具体来说,标识号存储模块与中央控制模块连接,用于存储执行列车拓扑发现协议后得到的列车通信网络系统内每个以太编组网的标识号。
总结来说,同步检测模块负责对来自端口物理层或者ETBN交换机中的交换模块的数据进行同步信息的提取和帧起始标志符(SFD)的识别,并将帧起始标志符之后的有效数据暂存到双端口存储模块中,此模块能够识别到有效以太网数据帧的接收开始。
同步再生模块负责提取双端口存储模块中的有效数据,并在有效数据前添上新的帧同步码和起始标志符,增加新的同步信息。地址转化模块负责将以太网数据包的IP地址进行转换。标识号存储模块通过局部总线(Local Bus)和ETBN交换机中的主控模块连接,负责存储主控模块执行列车拓扑发现协议(Train Topology Discovery Protocol,TTDP)后得到的整个网络系统每个以太编组网的标识号(subnet id)。中央控制模块是整个功能实现模块逻辑的核心,负责控制各个模块的时序和读写。
在一个实施例中,在由以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程中,第一网络为以太编组网,第二网络为以太骨干网,在由以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程中,第一网络为以太骨干网,第二网络为以太编组网。
图3显示了根据本发明的一个实施例的实现R-NAT功能的示意图。
轨道交通列车在每次上电或者网络拓补发生变化时,ETBN交换机中的主控模块会执行列车拓扑发现协议初运行。初运行可以得到骨干网上每个ETBN节点的标识号(ETBNid)、每个编组网ECN子网的标识号(subnet id),利用这些信息可以建立列车IP映射、列车路由定义、NAT规则、ED命名等。在初运行完成后,ETBN交换机中的主控模块需要通过局部总线(Local Bus)将每个编组网ECN子网的标识号(subnet id)传递给功能实现模块。
举例说明,当源IP地址为10.0.0.53的以太编组网ECN内的一个终端设备(如图3中的ED1)需要发送数据包给另一个以太编组网ECN内的目的IP为10.129.192.21的终端设备(如图3中的ED2),数据需要经过两个过程,首先是从以太编组网ECN侧上传到以太骨干网ETB,然后又从以太骨干网ETB下传到以太编组网ECN。
(1)以太编组网ECN到以太骨干网ETB:
端口物理层将以太网数据包交给功能实现模块,功能实现模块的同步检测模块根据以太网数据包的前同步码和帧首界定符首先识别和判断到一个正确的数据包到来时,通知中央控制模块,开始接收并将数据存储在双端口存储模块当中同时控制同步再生模块生成以太网数据包的前同步码和帧首界定符启动数据发送给功能实现模块,与此同时中央控制模块会提取双端口存储模块中以太网数据包的源IP地址10.0.0.53,根据标识号存储模块中的以太编组网ECN的标识号,控制地址转化模块将以太编组网ECN侧的源IP地址10.0.0.53转化成全局的以太骨干网ETB侧IP地址10.129.64.53,然后将R-NAT转化后的数据包通过同步再生模块发送给ETBN交换机中的交换模块,由ETBN交换机中的交换模块根据三层路由转发表将数据报文由05的ETBN节点转发到07的ETBN节点。
(2)以太骨干网ETB到以太编组网ECN:
数据报文达到07节点ETBN后,首先将数据传输给ETBN交换机中的交换模块,ETBN交换机中的交换模块根据三层路由转发表将数据从对应网口交给功能实现模块,功能实现模块收到数据后,启动和ECN到ETB一样的R-NAT逻辑,将目的IP地址由全局的ETB侧10.129.192.21转化成ECN侧的IP地址10.0.0.21。
图4显示了根据本发明的一个实施例的用于轨道交通列车的ETBN交换机结构框图。
如图4,ETBN交换机包含:如上所述的R-NAT装置、交换模块401以及主控模块402。
交换模块401与R-NAT装置通信,用于在以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程中将以太网数据包进行三层路由转发至以太骨干网,或用于在以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程中将以太网数据包转发至R-NAT装置。
具体来说,交换模块401包含交换芯片4011、四个千兆端口物理芯片4012、旁路中继电路4013、以太网接口电路4014(图4中未示出)、时钟电路4015以及复位电路4016。
在一个实施例中,交换芯片采用L3层交换芯片,千兆端口物理芯片采用千兆PHY芯片,分别为PHY_1(40121)、PHY_2(40122)、PHY_3(40123)、PHY_4(40124)。
具体来说,交换芯片4011通过高速串行接口SGMII与千兆端口物理芯片4012连接,在PHY_1、PHY_2以及PHY_3、PHY_4之间各自有旁路中继电路(40131、40132),通过以太网接口电路4014,形成两组连接以太骨干网ETB的以太网接口(图4中的面板接口)。
具体来说,主控模块402与R-NAT装置以及交换模块401通信,用于对R-NAT装置以及交换模块401进行配置、管理以及监控。
在一个实施例中,主控模块402包含主控芯片4021、内存芯片4022、快闪存储器4023、内嵌式存储器4024、电平转换芯片4025、时钟芯片4026、复位芯片4027以及调试网口芯片4028。
在一个实施例中,内存芯片4022采用DDR3内存芯片,快闪存储器4023采用Flash芯片,内嵌式存储器4024采用EMMC存储芯片,电平转换芯片4025采用RS232芯片,调试网口芯片4028采用PHY芯片。
内存芯片4022和主控芯片4021的动态内存控制接口(DDR3 Controller)相连,用于操作系统和应用程序的运行。
快闪存储器4023通过局部总线(Local Bus)与主控芯片4021的局部总线控制器(Local Bus Controller)相连,用于存放引导加载程序(bootloader)和各种软件。
内嵌式存储器4024用来记录各种日志和故障信息。
电平转换芯片4025与主控芯片4021的异步收发传输器接口(UART)相连作为交换机的调试接口。
调试网口芯片4028通过以太网控制器(Ethernet Controller)与主控芯片4021内部的MAC1控制器连接,作处理器单元与外界的通信接口用来更新软件和查看交换机的状态。
主控芯片4021的MAC2控制器和交换芯片4011通过简化的吉比特媒体独立接口(Reduced Gigabit Media Independent Interface,RGMII)相连,为三层路由和环网控制提供数据传输通路;主控芯片4021还通过串行外设接口SPI与交换芯片4011连接,实现对交换芯片4011的配置管理;主控芯片4021通过局部总线(Local Bus)与功能实现模块101连接,作为主控芯片4021与功能实现模块101之间的数据传输通道。
进一步地,采用RGMII的目的是降低电路成本,使实现这种接口的器件的引脚数从22个减少到12个。
在一个实施例中,ETBN交换机包含还包含供电模块403,分别为供电模块4031、供电模块4032以及供电模块4033,其中,供电模块4031为功能实现模块101供电,供电模块4032为主控芯片4021供电,供电模块4033为交换芯片4011供电。
总结来说,主控模块402作为整个交换机的控制核心,对各个功能单元进行配置、管理、监控,实现电气功能,交换模块401负责以太网数据的按照转发规则进行3层路由转发,R-NAT装置实现R-NAT转换,供电模块403负责整个交换机系统供电。
综上,本发明提供的用于轨道交通列车的R-NAT装置实现了硬件的R-NAT转化,不需要依赖专门的芯片,具有自主可控的特点,且运行速度快,可靠性高,对于R-NAT处理可以达到ETB骨干网需要的100Mbps或者1000Mbps的线速要求;本发明提供的用于轨道交通列车的ETBN交换机,实现R-NAT功能不再需要依赖主控模块软件运行,解放了主控模块也大大释放了主控模块内部资源,降低了对于ETBN交换机主控模块的性能要求,对于降低芯片成本和功耗具有很大的帮助;并且不需要针对ETBN交换机为实现R-NAT而进行复杂的配置和管理操作,增加了使用的简便性。
需要说明的是,本发明实施方式可以采用的芯片和元器件型号以及各个芯片之间的接口关系可以有多种选择,能够实现相同或者相似功能的所有芯片信号及接口方式也应当属于本发明的保护范围。在各芯片的连接关系中,可以有其他方式,主控芯片、交换芯片和FPGA芯片可以通过其他接口协议进行互相通信。以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
应该理解的是,本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料,而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是,在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的,而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然本发明所公开的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (4)
1.一种用于轨道交通列车的ETBN交换机,其特征在于,所述交换机包含:
用于轨道交通列车的R-NAT装置,
交换模块,其与所述R-NAT装置通信,用于在以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程中将以太网数据包进行三层路由转发至以太骨干网,或用于在以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程中将以太网数据包转发至所述R-NAT装置;
主控模块,其与所述R-NAT装置以及所述交换模块通信,用于对所述R-NAT装置以及所述交换模块进行配置、管理以及监控;
所述R-NAT装置包含:
功能实现模块,其用于对接收到的以太网数据包进行列车通信网络系统内的网络地址转换,网络地址转换过程包含:以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程以及以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程;
端口物理层,其经过接口电路后形成连接以太编组网的以太网接口,用于在网络地址转换过程中与以太编组网进行数据传递;
所述功能实现模块包含:
同步检测模块,其通过高速串行接口与所述端口物理层连接,用于接收由第一网络传输来的所述以太网数据包,并对所述以太网数据包进行同步信息提取以及帧起始标识符识别;
双端口存储模块,其与所述同步检测模块连接,用于存储帧起始标识符之后的有效数据;
中央控制模块,其与所述同步检测模块以及所述双端口存储模块连接,用于提取所述以太网数据包的源地址;
地址转化模块,其与所述中央控制模块以及所述双端口存储模块连接,用于基于接收终端所处的以太编组网的标识号,将所述源地址转化成第二网络侧的网络地址;
同步再生模块,其与所述双端口存储模块以及所述中央控制模块连接,用于生成前同步码以及帧首界定符启动数据,并结合所述有效数据以及第二网络侧的网络地址生成经过网络地址转化后的以太网数据包。
2.如权利要求1所述的用于轨道交通列车的ETBN交换机,其特征在于,所述功能实现模块包含:
标识号存储模块,其与所述中央控制模块连接,用于存储执行列车拓扑发现协议后得到的列车通信网络系统内每个以太编组网的标识号。
3.如权利要求1所述的用于轨道交通列车的ETBN交换机,其特征在于,在由以太编组网至以太骨干网的网络地址转换过程中,所述第一网络为以太编组网,所述第二网络为以太骨干网,在由以太骨干网至以太编组网的网络地址转换过程中,所述第一网络为以太骨干网,所述第二网络为以太编组网。
4.如权利要求1所述的用于轨道交通列车的ETBN交换机,其特征在于,所述功能实现模块包含:两个同步检测模块、两个双口存储模块、两个地址转化模块以及两个同步再生模块。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010869931.0A CN114124786B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 用于轨道交通列车的r-nat装置及etbn交换机 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010869931.0A CN114124786B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 用于轨道交通列车的r-nat装置及etbn交换机 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114124786A CN114124786A (zh) | 2022-03-01 |
CN114124786B true CN114124786B (zh) | 2023-05-23 |
Family
ID=80374199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010869931.0A Active CN114124786B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 用于轨道交通列车的r-nat装置及etbn交换机 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114124786B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102554761B1 (ko) * | 2023-03-10 | 2023-07-13 | (주)넷비젼텔레콤 | 차상 철도 통신망 시스템 및 이를 이용한 서비스 발견 방법 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2004201964A1 (en) * | 1999-01-15 | 2004-06-03 | George P Mattathil | Bandwidth transfer switching system |
US9661031B1 (en) * | 2012-11-27 | 2017-05-23 | Cisco Technology, Inc. | Method and apparatus to establish communication for layer 2 switched packets with network address translation (NAT) |
CN109391566A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-02-26 | 广州众志诚信息科技有限公司 | Etbn骨干网交换机核心板、控制方法和装置 |
CN111083029A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-28 | 株洲中车时代软件技术有限公司 | 基于列车以太网的跨编组数据传输的方法及装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8037204B2 (en) * | 2005-02-11 | 2011-10-11 | Cisco Technology, Inc. | Method and system for IP train inauguration |
GB2450520A (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Bombardier Transp Gmbh | Communication system transferring information within a railway train |
CN107370508A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-11-21 | 湖南中车时代通信信号有限公司 | 用于列车车载信息化设备的4g移动通信网关 |
CN108259645A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-06 | 深圳市三旺通信技术有限公司 | 基于轨交车载运用的网络地址转换方法 |
CN209870404U (zh) * | 2019-02-18 | 2019-12-31 | 苏州长风航空电子有限公司 | 一种用于至少二节列车重联运营的系统结构 |
CN111447301A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-24 | 深圳市三旺通信股份有限公司 | 一种采用外挂式cpu的轨交车车载nat的方法 |
-
2020
- 2020-08-26 CN CN202010869931.0A patent/CN114124786B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2004201964A1 (en) * | 1999-01-15 | 2004-06-03 | George P Mattathil | Bandwidth transfer switching system |
US9661031B1 (en) * | 2012-11-27 | 2017-05-23 | Cisco Technology, Inc. | Method and apparatus to establish communication for layer 2 switched packets with network address translation (NAT) |
CN109391566A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-02-26 | 广州众志诚信息科技有限公司 | Etbn骨干网交换机核心板、控制方法和装置 |
CN111083029A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-28 | 株洲中车时代软件技术有限公司 | 基于列车以太网的跨编组数据传输的方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Woojin Park ; Sinam Woo ; Wook Kim ; Sunshin An.Performance Evaluation of a NAT subsystem on Programmable Network Processors.《WFFCP》.2006,全文. * |
城轨车辆列车网络控制系统技术方案及发展方向;高枫;余博;李元轩;;铁路技术创新(第04期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114124786A (zh) | 2022-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10917253B2 (en) | Ethernet switch, method of configuring in-vehicle network, and vehicle | |
US5919250A (en) | Data transmission system used for plant control and based on local area network | |
US11966271B2 (en) | Ethernet PHY-MAC communication with in-band wake-up/sleep commands | |
RU2601194C2 (ru) | Устройства и способ для назначения сетевых адресов | |
CA2691266C (en) | Methods and devices for communicating diagnostic data in a real time communication network | |
KR102352527B1 (ko) | 차량 네트워크에서 asil에 기초한 통신 방법 및 장치 | |
CN109391566B (zh) | Etbn骨干网交换机核心板、控制方法和装置 | |
CN103581164A (zh) | 用于在可冗余操作的工业通信网络中进行消息传输的方法和用于可冗余操作的工业通信网络的通信设备 | |
CN110401558B (zh) | 安全级多点通信网络设备、系统及安全级网络通信方法 | |
CN107347027A (zh) | 一种基于EtherCAT的链路冗余通信系统 | |
WO2007107624A2 (en) | Method for the resolution of addresses in a communication system | |
CN109067633B (zh) | 基于以太网菊花链通讯网络拓扑的电源管理系统及方法 | |
CN103220215A (zh) | TRILL网络中FCoE报文的转发方法和装置 | |
CN114124786B (zh) | 用于轨道交通列车的r-nat装置及etbn交换机 | |
KR102293037B1 (ko) | 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법 | |
CN113300800B (zh) | 一种多模式确定性数据处理装置及方法 | |
CN113630345A (zh) | 一种国产化24端口6u_vpx三层千兆网络交换模块 | |
CN100359875C (zh) | 在地址解析协议代理上实现负载均摊的方法 | |
CN101150478B (zh) | 一种建立主备链路的方法、系统和路由器 | |
CN116405448A (zh) | 一种应用于航天器的分布式网络化高可靠通信系统和方法 | |
CN113259244B (zh) | 一种用于时间敏感网络的流量映射方法 | |
CN101127770B (zh) | 在地址解析协议代理上实现备份的方法 | |
CN104967564A (zh) | 从vlan至trill网络的报文转发方法和设备 | |
CN116018785A (zh) | 用于运行网络的方法 | |
Cena et al. | Composite CAN XL-Ethernet Networks for Next-Gen Automotive and Automation Systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |