CN219554986U - 一种多网口的边缘物联代理接入节点装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多网口的边缘物联代理接入节点装置，其包括主控CPU；主控CPU的QSGMII数据口与交换芯片的数据口P0端口相连接；主控CPU的SMI口与交换芯片的PHY Polling UnitℜI/F接口相连接；主控CPU的输出控制引脚与交换芯片的RESTn引脚相连接；交换芯片具有多个PHY口，每个PHY口均通过MDI与网络变压器相连接；网络变压器再与RJ45网口相连接，组成多个完全独立的、网速10/100/1000M自适应的以太网接口；多个外部SFP光纤端口分别通过SGMII接口与交换芯片相连接，形成多个2.5Gbps和1Gbps自适应的光纤接口，同时向100/1000Mbps兼容。

Description

一种多网口的边缘物联代理接入节点装置

技术领域

本实用新型涉及物联网相关技术领域，具体地说是涉及一种多网口的边缘物联代理接入节点装置。

背景技术

随着信息采集技术的发展，为减少海量数据对云端或平台端的阻塞，降低用户带宽开销，增强数据采集的实时性，越来越多的数据采集采用边缘计算方式，在采集端就近部署边缘物联代理接入节点装置，边缘物联代理接入节点装置采用有线RS485、以太网、无线通信等方式，对传感器、仪表、采集器、汇聚节点、协议转换器等设备，进行数据采集、存储、数据计算和分析、并进行多源数据融合，实现数据采集高速化、智能化。

现有的边缘物联代理接入节点装置，一般仅有两个以太网(Ethernet)口，一个用于WAN口，一个用于LAN口，如图1所示；在实际应用中，比如电力系统的变电场所，使用多种类型的以太网为传输载体，采用MODBUS TCP通信协议的传感器、仪表以及采集器、汇聚节点、通信管理机、协议转换器等设备，需要用到多个以太网(Ethernet)口，常规的做法是在边缘物联代理接入节点装置外增加路由器和集线器(HUB)，进行网口的扩展，如图2所示；这不仅增加了系统的成本，增加了网络拓扑层级，减低了系统的可靠性，也增加了现场调试的难度和后期维护的难度；且现有的边缘物联代理接入节点装置，都没有SFP光纤接口，在一些需要用到光纤传输的网络，不得不采用额外的光电转换装置，将光信号转为电信号，再接入到边缘物联代理接入节点装置，这也限制了边缘物联代理接入节点装置的使用场景。

另外，在边缘物联代理接入节点装置外通过增加路由器和集线器的方式，这不仅增加了额外的成本，增加了网络拓扑层级，降低了系统的可靠性，也增加了现场调试的难度和后期维护的难度；且增加路由器和集线器，需要相应的安装位置，在一些配电场合，为将边缘物联代理接入节点装置安装在配电柜内，需要对边缘物联代理接入节点装置做小型化处理，而路由器和集线器这种拓展方式，将不利于类似项目的实施；且现有的边缘物联代理接入节点装置，都没有SFP光纤接口，在一些需要用到光纤传输的网络，不得不采用额外的光电转换装置，将光信号转为电信号，再接入到边缘物联代理接入节点装置，该方式增高了数据传输的误码率，降低了传输速率。

因此，市场需要一款网口更加丰富，且带有SFP光纤接口的边缘物联代理接入节点装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多网口的边缘物联代理接入节点装置，旨在解决现有技术中边缘物联代理接入节点装置以太网口少，无法适应电力物联网变电、配电场景下，需要多个以太多网口的使用场景和无SFP光纤接口的问题。

为解决至少一个上述技术问题，本实用新型公开了一种多网口的边缘物联代理接入节点装置，其技术方案在于：

一种多网口的边缘物联代理接入节点装置，其包括主控CPU、交换芯片和网络变压器；其中，所述主控CPU的QSGMII数据口与所述交换芯片的数据口P0端口相连接；所述主控CPU的SMI口与所述交换芯片的PHY Polling Unit&Rengister I/F接口相连接；所述主控CPU的输出控制引脚与所述交换芯片的RESTn引脚相连接；所述交换芯片具有多个PHY口，每个PHY口均通过MDI与所述网络变压器相连接；所述网络变压器再与RJ45网口相连接，组成多个完全独立的、网速10/100/1000M自适应的以太网接口；多个外部SFP光纤端口分别通过SGMII接口与所述交换芯片相连接，形成多个2.5Gbps和1Gbps自适应的光纤接口，同时向100/1000Mbps兼容。

根据本实用新型的一个优选实施方式，所述交换芯片内的EEROM接口通过2总线与外部EEROM相连接。

根据本实用新型的一个优选实施方式，所述外部EEROM为非易失性存储器。

根据本实用新型的一个优选实施方式，所述交换芯片采用25MHz石英晶做为时钟源，进内部倍频后，系统时钟供各子模块使用，主频时钟经24倍频后，工作于600MHz。

根据本实用新型的一个优选实施方式，所述交换芯片由电源提供3.3V/2.5V/1.8V电源，分配给交换芯片的主电源、IO口电源和核心电源。

根据本实用新型的一个优选实施方式，所述交换芯片的LEDs接口接外部RJ45的指示灯，用于指示网口工作状态。

根据本实用新型的一个优选实施方式，所述主控CPU的QSGMII数据口与所述交换芯片的数据口P0端口之间采用RGMII接口方式，进行接收、发送控制，以及接收和发送数据。

根据本实用新型的一个优选实施方式，所述多网口的边缘物联代理接入节点装置设置有管理系统。

本实用新型实施例提供的多网口的边缘物联代理接入节点装置中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：

1.本实用新型实施例的多网口的边缘物联代理接入节点装置通过PHY桥接芯片，可以实现多路千兆RJ45网口和多路1000Base-X SFP通信接口，使边缘物联代理接入节点装置即可用于RJ45以太网，也可以用于光纤环网通信；

2.本实用新型实施例的多网口的边缘物联代理接入节点装置相比传统边缘网关需要增加路由器的弊端，减少了网络层级，传感器、协议转换器、汇聚节点、通信管理机等可直接安装到边缘物联代理接入节点装置上，增加了系统的可靠性，降低了施工调试难度，减少了后期维护工作量。

3.本实用新型实施例的多网口的边缘物联代理接入节点装置可对网口每个端口性质可配置为WAN或LAN，增加了网口的灵活性，适应更多场景。比如把网口9和网口10配置为WAN，组成光纤环状网络，其它口配置为LAN，作为客户端主动采集数据、获取视频等；也可以将多个网口全部配置为LAN，4G模块配置为WAN,可接入更多的采集设备，增加了边缘物联代理接入节点装置的适应性。

本实用新型的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查或者对实施例的生产或操作的了解，本实用新型的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本实用新型披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。

附图说明

在此所述的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限定。在各图中，相同标号表示相同部件。其中，

图1、图2为现有的边缘物联代理接入节点装置的结构示意图；

图3、图4是根据本实用新型的一些实施例所示的多网口的边缘物联代理接入节点装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

术语解释

以太网(Ethernet):以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网是应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网技术如令牌环、FDDI和ARCNET。

WAN:(Wide Area Network，缩写为WAN)，又称外网、公网。是连接不同地区局域网或城域网计算机通信的远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。

LAN:局域网，网络种类，覆盖范围一般是方圆几千米之内，其具备的安装便捷、成本节约、扩展方便等特点使其在各类办公室内运用广泛。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享等功能，在使用过程当中，通过维护局域网网络安全，能够有效地保护资料安全，保证局域网网络能够正常稳定的运行。

MODBUS TCP:Modbus是一种串行通信协议，基于各种应用，Modbus有RTU、ASCII和TCP三种协议，使MODBUS_RTU协议运行于以太网，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送MODBUS报文，MODBUS TCP结合了以太网物理网络和网络标准TCP/IP以及以MODBUS作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式，MODBUS TCP插入一个标准的MODBUS报文到TCP报文中，不再带有数据校验和地址。

SFP接口：SFP(Small Form Pluggable)可以简单理解为GBIC(Gigabit InterfaceConverter的缩写)升级版本，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件，可以热插拔使用。

RGMII：(Reduced Gigabit Media Independent Interface)是Reduced GMII(吉比特介质独立接口)。RGMII均采用4位数据接口，工作时钟125MHz，并且在上升沿和下降沿同时传输数据，因此传输速率可达1000Mbps。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型实施例公开了一种多网口的边缘物联代理接入节点装置。

如图3、图4所示，该多网口的边缘物联代理接入节点装置可以包括主控CPU、交换芯片和网络变压器。

在本实施例中，可以采用多核ARM芯片为主控CPU,主频2.0GHz，内存4G，数据存储空间128G；采用CPU的SGMII接口，通过板载扩展网桥交换芯片和网络变压器的方式，实现8路以太网RJ45口的扩展和2路SFP光纤接口的扩展；构架如图3所示。

其中，主控CPU的QSMII数据口和交换芯片的数据口P0端口连接，采用RGMII接口方式，进行接收、发送控制，以及接收、发送数据。

其中，主控CPU采用SMI口和交换芯片的PHY Polling Unit&Rengister I/F接口连接，进行管理配置，包含配置接口时钟、配置接口I/O；对CPU和交换芯片的载波监听进行控制。

其中，主控CPU的输出控制引脚接交换芯片的RESTn引脚，进行复位控制，以便CPU控制交换芯片进行初始化操作。

其中，外部EEROM通过2总线和交换芯片内的EEROM接口连接，系统配置软件设置的网络参数，存储在该EEROM内，该存储器为非易失存储器，掉电参数不丢失。

其中，交换芯片具有多个PHY口，每个PHY口均通过MDI(MDI接口)与网络变压器相连接。网络变压器再与RJ45网口相连接，组成多个完全独立的、网速10/100/1000M自适应的以太网接口。

示例性的，在本实施例中，如图3所示，交换芯片的P1到P8八个PHY口，每个PHY口通过MDI0接口、MDI1接口、MDI2接口、MDI3接口和网络变压器连接，网络变压器再和RJ45网口连接，组成8个完全独立的，网速10/100/1000M自适应的以太网接口。

其中，多个外部SFP光纤端口分别通过SGMII接口与交换芯片相连接，形成多个2.5Gbps和1Gbps自适应的光纤接口，同时向100/1000Mbps兼容。

示例性的，在本实施例中，交换芯片P9口通过SGMII接口和外部的SFP1光纤端口连接，P10口通过SGMII接口和外部的SFP2光纤端口连接，构建成两个2.5Gbps和1Gbps自适应的光纤接口，同时向100/1000Mbps兼容。

其中，交换芯片采用25MHz石英晶做为时钟源，进内部倍频后，系统时钟供各子模块使用，主频时钟经24倍频后，工作于600MHz。主板给交换芯片提供3.3V/2.5V/1.8V电源，分配给交换芯片的主电源、IO口电源和核心电源。

其中，交换芯片的LEDs接口接外部RJ45的指示灯，用于指示网口工作状态。

其中，多网口的边缘物联代理接入节点装置设置有管理系统。管理系统具有网络管理功能和系统管理功能，可以实现网络层、传输层和应用层的功能。其可以实现如下功能：

该边缘物联代理接入节点装置的管理系统有系统管理、网络管理、容器管理、日志管理、告警管理、安全管理；

该边缘物联代理接入节点装置的管理系统的网络管理功能可配置、查询网口1-10的网络IP、端口号；

该边缘物联代理接入节点装置的管理系统的网络管理功能可对网口1-10每个端口可根据应用配置为WAN或LAN口，适应多种场景需要；

该边缘物联代理接入节点装置的管理系统的网络管理功能可对网口1-10每个端口，进行带宽限制，每个端口的带宽调可限制为10M、100M、1000M，保障优先级高的通道使用高的带宽；

该边缘物联代理接入节点装置的管理系统的网络管理功能可对网口1-10的任意一个网口配置为静态IP或动态IP；

该边缘物联代理接入节点装置的管理系统可以对网口1-10任意分组，将多个网口定义为一个网桥，静态IP、动态IP和网桥不在一个网段,静态IP网口作为服务端被动接收客户端上报的数据和视频或配置，动态IP网口作为客户端主动采集数据、接收视频数据等。

本实用新型主要解决了边缘物联代理接入节点装置以太网口少，无法适应电力物联网变电、配电场景下，需要多个以太多网口的使用场景和无SFP光纤接口的问题。另外，在边缘物联代理接入节点设置有管理系统，实现端口的灵活配置，适应更多场景。

本实施例中，网线、RJ45、网络变压器、交换芯片构成以太网的物理层，实现边缘物联代理装置网络功能的物理连接；主控CPU的QSGMII模块实现数据链路层功能，完成MAG层功能。该边缘物联代理接入节点装置的管理系统的网络管理功能和系统管理功能，实现网络层、传输层和应用层的功能。

综上所述，本实用新型实施例的多网口的边缘物联代理接入节点装置可以提供更加丰富的以太网接口，使用多种场景。每个接口的用途可自定义，适用应用场景广，同时具备RJ45和光纤接口，能适应RJ45和光纤接入传输场景；接口的功能可自定义(设置每一个接口为配置口、数据接入口、视频接入口、数据视频访问口、数据视频转发口)，可根据使用场景来灵活定义。

具体的，本实用新型实施例的多网口的边缘物联代理接入节点装置通过PHY桥接芯片，实现8路千兆RJ45网口，和2路1000Base-X SFP通信接口，使边缘物联代理接入节点装置即可用于RJ45以太网，也可以用于光纤环网通信；本实用新型实施例的多网口的边缘物联代理接入节点装置相比传统边缘网关需要增加路由器的弊端，减少了网络层级，传感器、协议转换器、汇聚节点、通信管理机等可直接安装到边缘物联代理接入节点装置上，增加了系统的可靠性，降低了施工调试难度，减少了后期维护工作量。本实用新型实施例的多网口的边缘物联代理接入节点装置可对网口1-10每个端口性质可配置为WAN或LAN，增加了网口的灵活性，适应更多场景，比如把网口9和10配置为WAN，组成光纤环状网络，其它口配置为LAN，作为客户端主动采集数据、获取视频等；也将10个网口全部配置为LAN，4G模块配置为WAN,可接入更多的采集设备，增加了边缘物联代理接入节点装置的适应性。

需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种多网口的边缘物联代理接入节点装置，其特征在于，其包括主控CPU、交换芯片和网络变压器；

所述主控CPU的QSGMII数据口与所述交换芯片的数据口P0端口相连接；

所述主控CPU的SMI口与所述交换芯片的PHY Polling Unit&RengisterI/F接口相连接；

所述主控CPU的输出控制引脚与所述交换芯片的RESTn引脚相连接；

所述交换芯片具有多个PHY口，每个PHY口均通过MDI与所述网络变压器相连接；所述网络变压器再与RJ45网口相连接，组成多个完全独立的、网速10/100/1000M自适应的以太网接口；

多个外部SFP光纤端口分别通过SGMII接口与所述交换芯片相连接，形成多个2.5Gbps和1Gbps自适应的光纤接口，同时向100/1000Mbps兼容。

2.根据权利要求1所述的多网口的边缘物联代理接入节点装置，其特征在于，所述交换芯片内的EEROM接口通过2总线与外部EEROM相连接。

3.根据权利要求2所述的多网口的边缘物联代理接入节点装置，其特征在于，所述外部EEROM为非易失性存储器。

4.根据权利要求1所述的多网口的边缘物联代理接入节点装置，其特征在于，所述交换芯片采用25MHz石英晶做为时钟源，进内部倍频后，系统时钟供各子模块使用，主频时钟经24倍频后，工作于600MHz。

5.根据权利要求1所述的多网口的边缘物联代理接入节点装置，其特征在于，所述交换芯片由电源提供3.3V/2.5V/1.8V电源，分配给交换芯片的主电源、IO口电源和核心电源。

6.根据权利要求1所述的多网口的边缘物联代理接入节点装置，其特征在于，所述交换芯片的LEDs接口接外部RJ45的指示灯，用于指示网口工作状态。

7.根据权利要求1所述的多网口的边缘物联代理接入节点装置，其特征在于，所述主控CPU的QSGMII数据口与所述交换芯片的数据口P0端口之间采用RGMII接口方式，进行接收、发送控制，以及接收和发送数据。

8.根据权利要求1所述的多网口的边缘物联代理接入节点装置，其特征在于，所述多网口的边缘物联代理接入节点装置设置有管理系统。