CN209151300U - 一种t型分布式以太网集线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种T型分布式以太网集线装置，包括：第一接口模块，与主线连接，用于接收主线传递来的数据并发送给分配模块，或将第二缓冲模块、第三缓冲模块发送来的数据发送到主线上；分配模块，用于分配时隙和传递数据；第二接口模块，与下一节点连接，用于将分配模块传递来的数据转发至下一节点，或接收下一节点传递来的数据；第三接口模块，与以太网终端连接，用于将分配模块传递来的数据转发至以太网终端，或接收以太网终端传递来的数据。本实用新型结合了总线型网络和星型网络的优点，可实现以太网分布式布线，布线容易便于扩展。

Description

一种T型分布式以太网集线装置

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种分布式以太网集线装置，适用于分布式以太网通信。

背景技术

传统以太网有多种拓扑类型结构，总线型和星形等。

总线型拓扑结构是指采用单根传输线作为总线，所有工作站都共用一条总线。其优点是电缆长度短，布线容易，便于扩充。其缺点主要是总线中任一处发生故障将导致整个网络的瘫痪，且故障诊断困难。当其中一个工作站发送信息时，该信息将通过总线传到每一个工作站上。工作站在接到信息时，先要分析该信息的目标地址与本地地址是否相同，若相同则接收该信息；若不相同，则拒绝接收。

星型拓扑结构管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设备的可靠性要求高。采用专用的网络设备(如集线器或交换机)作为核心节点，通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上，这就形成了星型结构。星型网络虽然需要的线缆比总线型多，但布线和连接器比总线型的要便宜。此外，星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模，因此得到了广泛的应用，被绝大部分的以太网所采用。

但是，现有技术中尚缺少一种能集合总线型网络和星型网络特点的集线装置，不能很好地实现以太网分布式布线过程。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种T型分布式以太网集线装置，结合了总线型网络和星型网络的优点，可实现以太网分布式布线，布线容易便于扩展，单个以太网节点损坏不会导致网络瘫痪。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：

一种T型分布式以太网集线装置，包括：

第一接口模块，与主线连接，用于接收主线传递来的数据并发送给分配模块，或将第二缓冲模块、第三缓冲模块发送来的数据发送到主线上；

分配模块，用于分配时隙和传递数据；

第二接口模块，与下一节点连接，用于将分配模块传递来的数据转发至下一节点，或接收下一节点传递来的数据；

第三接口模块，与以太网终端连接，用于将分配模块传递来的数据转发至以太网终端，或接收以太网终端传递来的数据。

进一步地，所述的T型分布式以太网集线装置还包括：

配置模块，用于接收、解析和加载主线传递来的数据中的配置信息并作用于分配模块。

进一步地，所述的分配模块内部采用TDMA时隙分配算法进行时隙的分配。

进一步地，所述的第一接口模块、第二接口模块、第三接口模块还用于实现数据的物理层编码功能。

进一步地，第一接口模块与分配模块之间、第二接口与分配模块之间、第三接口与分配模块之间分别设置有第一缓冲模块、第二缓冲模块和第三缓冲模块，用于实现数据解码和缓冲功能。

进一步地，所述的第一接口模块、第二接口模块、第三接口模块均包括依次连接的RJ45接口、网络变压器以及PHY芯片。

进一步地，所述的第一缓冲模块、第二缓冲模块以及第三缓冲模块均包括相互连接的以太网MAC以及FIFO存储器。

本实用新型与现有技术相比具有以下技术特点：

1.结构简单

网络各接点通过本实用新型的集线装置，即可接入网络，布线灵活简单。

2.走线量小

星型网络需要从中心集线器向每个网络接点单独甩线，节点数一多，走线量会非常大，使用该集线装置，可实现以太网设备的总线型分布式布局，大量节点可挂在同一总线上，从而大大降低了线缆使用量，简化网络结构，这非常适合应用于以太网控制系统等对带宽要求不高的场合。

3.扩充灵活

星型网络在增加接点数目时有时难度较大，如果在网络最初规划时留的空间较小，可能会遇到下列情况可能会因为只增加一个接点而必须购买一个交换机。而总线型网络只需增加一段电缆和一个本实用新型的集线装置就可增加一个接点。

4.数据可靠传输

采用TDMA算法，划分不同时隙，各个节点占用不同时隙进行数据传输，互相之间无竞争，无数据传输冲突，传输可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为本实用新型的应用示意图；

图3为TDMA时隙分配算法分配时隙的示意图；

图4为利用本装置建立的总线型网络拓扑结构的示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种T型分布式以太网集线装置，如图1所示，包括：第一接口模块，与主线连接，用于接收主线传递来的数据并发送给分配模块，或将第二缓冲模块、第三缓冲模块发送来的数据发送到主线上；本实施例中，所述的第一接口模块通过主线与POE交换机连接。

分配模块，用于分配时隙和传递数据；本实施例中，所述的分配模块内部采用TDMA时隙分配算法进行时隙的分配；

第二接口模块，与下一节点连接，用于将分配模块传递来的数据转发至下一节点，或接收下一节点传递来的数据；所述的下一节点，是指下一个T型分布式以太网集线装置，如图2所示，在总线型拓扑结构中，该T型分布式以太网集线装置是串联设置的，而所述的第二接口模块用于实现相邻的T型分布式以太网集线装置之间的互联。

第三接口模块，与以太网终端连接，用于将分配模块传递来的数据转发至以太网终端，或接收以太网终端传递来的数据，所述的以太网终端指计算机，服务器等。

本方案的集线装置使用POE技术，用网线为其供电，其作为受电端，接受送电端POE交换机通过网线输送的电能。该集线装置的数据处理方式是，一方面将P1口(第一接口模块)的数据转发至P2(第二接口模块)和P3(第三接口模块)口，另一方面将P2和P3口的数据汇总后从P1口发送出去。本装置对数据包中的内容不进行处理，而只负责将从一个接口接收到的数据转发至其他接口。为了使得相邻节点之间传送分组产生的冲突较小，本方案中在分配模块内部采用TDMA时隙分配算法进行时隙的分配，将时隙分配给网络中各个节点。

作为上述技术方案的进一步优化，本实施例中，所述的T型分布式以太网集线装置还包括：

配置模块，用于接收、解析和加载主线传递来的数据中的配置信息并作用于分配模块。所述的配置信息包含时隙参数、调度策略及模块速率这些配置信息，加载到分配模块后，可完成T型分布式以太网集线装置的配置。

所述的第一接口模块、第二接口模块、第三接口模块还用于实现数据的物理层编码功能，具体地，以第一接口模块为例，第一接口模块在接收到POE交换机通过主线发送来的数据(包含通信数据和配置信息)后，在第一接口模块内部进行物理层编码处理，得到物理层编码数据。三个接口模块的硬件组成结构相同，以第一接口模块为例，包括依次连接的RJ45接口、网络变压器以及PHY芯片，其中RJ45接口是以太网接口，用于实现接口物理连接；网络变压器用于信号隔离，减少对后级器件的干扰；PHY芯片用于以太网物理层功能的实现，定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。第二接口模块通过P2口将通信数据或配置信息转发至下一节点，第三接口模块将通过分配模块分配的时隙发至连接在P3口的以太网终端。

优选地，所述的第一接口模块与分配模块之间、第二接口与分配模块之间、第三接口与分配模块之间分别设置有第一缓冲模块、第二缓冲模块和第三缓冲模块，用于实现数据解码和缓冲功能。

第一缓冲模块收到第一接口模块发送来的编码后的通信数据和配置信息之后，在第一缓冲模块内部对编码后的数据进行解码处理，然后将处理后得到的通信数据传递给分配模块，将处理后得到的配置信息发送给分配模块或者配置模块。其中在配置模式下，配置信息发给配置模块；而在工作模式下将配置信息发送给分配模块。第二缓冲模块暂存本节点(即本装置)下游节点的通信数据和配置信息，每过一个节点则脱去该节点的通信数据和配置信息。第三缓冲模块暂存连接在第三接口模块上的以太网终端的数据，该数据是由配置模块加载、分配模块解析、计算后得到的时隙信息。

如图1所示，第一缓冲模块、第二缓冲模块以及第三缓冲模块的硬件组成相同，均包括相互连接的以太网MAC(媒体接入控制器)以及FIFO存储器；以第一缓冲模块为例，以太网MAC用于以太网数据链路层功能的实现，提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。FIFO存储器一般用于不同时钟域之间的数据传输，这里的以太网MAC和TDMA算法模块属于不同时钟域，需要FIFO模块进行数据缓冲。

配置模块内部通过TDMA时隙分配算法，分配各个节点(T型分布式以太网集线装置)的时隙，如图3所示。该算法将时间划分成相互不重叠的时帧，而时帧又划分成相互不重叠的时隙，网络中各个节点在各个时隙内进行相应的操作。该算法将时隙分配给网络中的各节点，使得在相邻节点之间传送分组产生的冲突较小，并且系统的吞吐量和空间复用性更高。

实施例：

1.网络规划

建立总线型网络拓扑结构，如图4所示，以以太网终端(图中的PC1-PC10)通过T型分布式以太网集线装置连接至总线上，总线在接入有POE功能的交换机上，该交换机通过网线、T型分布式以太网集线装置给以以太网终端提供电能和通信通路。

规划网络拓扑结构，生成配置文件，通过主线下发至T型分布式以太网集线装置，每个T型分布式以太网集线装置都有唯一的ID号，该ID号存储在集线装置内部非易失性存储器中，配置文件送达集线器后，集线装置将与自己ID匹配的配置段写入其配置寄存器，完成该集线器的配置，配置文件中的时隙号和以太网终端数对应，所有时隙号加起来组成一个TDMA整合周期。

2.配置文件加载

配置文件经T型分布式以太网集线装置的RJ45接口，网络变压器，PHY芯片，以太网MAC，FIFO存储器后，到达配置模块，配置模块中的配置逻辑将配置文件加载到分配模块，给该节点分配TDMA时隙，该节点获得对应的收发带宽，可进行数据收发。

3.下行数据流

如图1所示，POE交换机下行的数据，通过主线接入第一个T型分布式以太网集线装置，数据从P1口进入该装置，经过PHY芯片，以太网MAC，FIFO存储器后，在分配模块中解析数据，根据时隙号，将发给该节点的以太网终端的通信数据剥离出来，转发至P3口，P3口接支线至以太网终端；其他时隙号的数据转发至P2口，其中P2口连接至下一节点。

4.上行数据流

以太网终端上行的数据，通过支线接入T型分布式以太网集线装置(P3口)，后一节点通过主线上行的数据，通过P2口进入T型分布式以太网集线装置，分别经过对应的PHY芯片，以太网MAC及FIFO存储器，在分配模块中，分配模块根据配置文件分配给该装置的时隙号，将P3口来的数据，插入到P2口过来的数据流中，再发至P1口，这样就完成了一次数据的上行操作。一条总线上的各个T型分布式以太网集线装置使用相同操作方法，最终将数据按TDMA整合周期进行组合，汇总至POE交换机端口，实现数据集中。

5.数据交换

POE交换机根据各个节点汇总来的数据包，取出MAC地址，查找转发表，进行数据的转发和处理。

Claims (7)

1.一种T型分布式以太网集线装置，其特征在于，包括：

第一接口模块，与主线连接，用于接收主线传递来的数据并发送给分配模块，或将第二缓冲模块、第三缓冲模块发送来的数据发送到主线上；

分配模块，用于分配时隙和传递数据；

第二接口模块，与下一节点连接，用于将分配模块传递来的数据转发至下一节点，或接收下一节点传递来的数据；

第三接口模块，与以太网终端连接，用于将分配模块传递来的数据转发至以太网终端，或接收以太网终端传递来的数据。

2.如权利要求1所述的T型分布式以太网集线装置，其特征在于，所述的T型分布式以太网集线装置还包括：

配置模块，用于接收、解析和加载主线传递来的数据中的配置信息并作用于分配模块。

3.如权利要求1所述的T型分布式以太网集线装置，其特征在于，所述的分配模块内部采用TDMA时隙分配算法进行时隙的分配。

4.如权利要求1所述的T型分布式以太网集线装置，其特征在于，所述的第一接口模块、第二接口模块、第三接口模块还用于实现数据的物理层编码功能。

5.如权利要求1所述的T型分布式以太网集线装置，其特征在于，第一接口模块与分配模块之间、第二接口与分配模块之间、第三接口与分配模块之间分别设置有第一缓冲模块、第二缓冲模块和第三缓冲模块，用于实现数据解码和缓冲功能。

6.如权利要求1所述的T型分布式以太网集线装置，其特征在于，所述的第一接口模块、第二接口模块、第三接口模块均包括依次连接的RJ45接口、网络变压器以及PHY芯片。

7.如权利要求5所述的T型分布式以太网集线装置，其特征在于，所述的第一缓冲模块、第二缓冲模块以及第三缓冲模块均包括相互连接的以太网MAC以及FIFO存储器。