CN210958404U - 支持时间敏感网络功能的以太网交换机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种支持时间敏感网络功能的以太网交换机，其包括CPU模块、TSN Switch模块，所述的CPU模块分别与DDR、Flash以及GPS接口相连接，所述的TSN Switch模块分别与所述的CPU模块以及PHY物理芯片相连接；所述的以太网交换机还包括与所述的TSN Switch模块相连接的带有10M/100M/1000M以太网口的接插件、与所述的CPU模块相接的带有SD卡的接插件、与所述的CPU模块相接的带有USB的接插件。该以太网交换机能够实现工业控制系统各设备的时钟同步，采用IEEE 1588v2协议，显著地提高设备的时钟同步精度，省去了昂贵的GPS同步设备；采用TSN国际标准化协议，保证了设备兼容性、统一性，提高了带宽的利用率，保证数据传输的准确性、实时性和可靠性。

Description

支持时间敏感网络功能的以太网交换机

技术领域

本实用新型涉及通信领域，具体涉及一种支持时间敏感网络功能的以太网交换机。

背景技术

在工业以太网通信系统当中，激增的视频流量和工业机器的应用，带来了大量的拥塞崩溃和数据分组时延。对数据传输的准确性、可靠性和实时性提出要求。目前主要采用的是“尽力而为”的传统以太网传输机制。

使用传统的以太网传输机制存在一定的局限性，传统的以太网原本只设计用于处理纯粹的静态非实时数据和保证其可靠性，至于顺序和包延迟等并非作为重要的考虑因素。传统的以太网无法从根本上满足工业动态实时数据的传输需要，导致了过多的时延(Delay)和抖动(Jitter)。

时间敏感网络(以下简称“TSN”)是整合的不同应用领域的确定性网络技术，是统一的国际标准化确定性技术。TSN技术作为新兴的确定性网络技术，其在时间敏感网络中作为一组位于数据链路层的协议簇，从底层架构中改变了以太网的不确定性，将其转变为确定性网络，触发了以太网本身的一次自我迭代。

实用新型内容

针对现有的以太网交换机存在过多时延和抖动的问题，本实用新型提出一种支持时间敏感网络功能的以太网交换机，该以太网交换机能够实现各设备的时钟同步，保证数据传输的准确性、实时性和可靠性。

本实用新型的目的通过如下的技术方案来实现：

一种支持时间敏感网络功能的以太网交换机，该以太网交换机包括CPU模块、TSNSwitch模块，所述的CPU模块分别与DDR、Flash以及GPS接口相连接，所述的TSN Switch模块分别与所述的CPU模块以及PHY物理芯片相连接；

所述的以太网交换机还包括与所述的TSN Switch模块相连接的带有10M/100M/1000M以太网口的接插件、与所述的CPU模块相接的带有SD卡的接插件、与所述的CPU模块相接的带有USB的接插件。

进一步地，所述的带有10M/100M/1000M以太网口的接插件为四个，带有SD卡的接插件为一组，带有USB的接插件为一组。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过CPU模块和TSN switch模块，CPU模块通过对帧的识别和处理，保证了交换机不仅具有常用的以太网口，还具有TSN数据帧的转换功能，CPU模块既可以通过内部的RTC时钟与支持IEEE 1588v2协议的设备进行时钟同步，也可以使用GPS信号进行同步时间，采用IEEE1588v2协议，显著的提高设备的时钟同步精度，省去了昂贵的GPS同步设备；采用TSN国际标准化协议，保证了设备兼容性、统一性，提高了带宽的利用率，保证数据传输的准确性、实时性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的电路模块结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的支持时间敏感网络功能的以太网交换机，包括CPU模块、TSN Switch模块，CPU模块分别与DDR、Flash以及GPS接口相连接，TSN Switch模块分别与所述的CPU模块以及PHY物理芯片相连接。

以太网交换机还包括一组与所述的TSN Switch模块相连接的带有4个10M/100M/1000M以太网口的接插件、一组与所述的CPU模块相接的带有1个SD卡的接插件、一组与所述的CPU模块相接的带有一个USB的接插件。

PHY物理芯片为一种物理接口芯片，主要负责电口的收发数据，并提供连接状态。TSN switch模块作为交换模块，其支持目前已经正式发布的IEEE 802.1Qbv、IEEE802.1Qbu、IEEE802.1Qci和IEEE 802.1Qav等协议，主要通过设备间的时钟同步功能保证数据传输的准确性、实时性和可靠性。

本实用新型的支持时间敏感网络功能的以太网交换机中，CPU模块和TSN Switch模块之间通过高速传输线连接，CPU模块为TSN switch模块提供数据的时间戳注入和解析，同时下发控制命令进行数据的转换。

本实用新型在数据通信的过程中能够根据数据的重要性进行分级传输，保证高优先级的数据的实时性、可靠性和准确性。交换机兼容标准以太网数据和TSN流的传输。对于标准的以太网数据将按照传统的QoS机制进行传输。对于TSN流，CPU将对TSN流的数据进行帧解析，读取数据进入的时间戳和优先级，对高优先级的数据进行优先转发，若此时存在低优先级别数据传输时，高优先级的数据将会抢占低优先级数据优先发送，低优先级的数据加入组合字符后暂时缓存在MAC中待高优先的发送，高优先级别数据发送完毕时继续进行发送低优先级数据，被抢占的低优先级数据将会在接收端口处进行重组。在转发之前CPU将会计算转发延时修改时间戳信息，提高数据转发的时间精度，降低延时。

其中：TSN switch模块提供4个1GE的TSN功能的以太网口。CPU模块既可以通过内部的RTC时钟与支持IEEE 1588v2协议的设备进行时钟同步，也可以使用GPS信号进行同步时间。CPU模块通过对帧的识别和处理，保证了交换机不仅具有常用的以太网口，还具有TSN数据帧的转换功能，具有良好的兼容性。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为实用新型的优选实例而已，并不用于限制实用新型，尽管参照前述实例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在实用新型的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种支持时间敏感网络功能的以太网交换机，其特征在于，该以太网交换机包括CPU模块、TSN Switch模块，所述的CPU模块分别与DDR、Flash以及GPS接口相连接，所述的TSNSwitch模块分别与所述的CPU模块以及PHY物理芯片相连接；

所述的以太网交换机还包括与所述的TSN Switch模块相连接的带有10M/100M/1000M以太网口的接插件、与所述的CPU模块相接的带有SD卡的接插件、与所述的CPU模块相接的带有USB的接插件。

2.根据权利要求1所述的支持时间敏感网络功能的以太网交换机，其特征在于，所述的带有10M/100M/1000M以太网口的接插件为四个，带有SD卡的接插件为一组，带有USB的接插件为一组。

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