CN2792039Y

CN2792039Y - 网络节点及使用该种网络节点的链式总线结构

Info

Publication number: CN2792039Y
Application number: CN 200520040864
Authority: CN
Inventors: 顾镇; 周明润; 鲍仁敏
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2015-04-15

Abstract

本实用新型揭示了—种网络节点，包括：一嵌入式无源可控自动网络节点切换器、一接口，与切换器相连；一控制器，与接口相连，还连接到切换器；其中，该切换器的输入端作为整个节点的输入端，而切换器的输出端作为整个节点的输出端。本实用新型还揭示了一种链式总线结构，其包括主机、数个上述的网络节点和终结器，其中第一个网络节点的输入端连接到主机，输出端连接到第二个网络节点的输入端；之后的每一个网络节点的输入端都连接到前一个网络节点的输出端；最后一个网络节点的输出端连接到终结器。采用本实用新型的网络节点和由该种网络节点组成的链式总线结构，可形成树－总线链式拓扑结构的网络，解决传统网络结构中故障诊断、隔离的困难，确保整个网络的畅通。

Description

网络节点及使用该种网络节点的链式总线结构

技术领域

本实用新型涉及网络器件及网络总线结构，更具体地说，涉及一种使用嵌入式无源可控自动网络节点切换器的网络节点以及由该种网络节点组成的链式总线结构。

背景技术

在网络通信中，RS-485标准总线具有高速长距离传递信息的优势(用100Kbps的速度传递信息可达1200m，若采用近距离传递信息，12m以内传送信息速率可达10Mbps)，在分布式集散系统中，分散的信号采集、控制系统、楼宇管理系统、工程局域网中都具有广泛的应用。

由于RS-485具有N对N双向传递的特点，大多工程技术人员都乐意采用总线型拓扑结构联网，但随着结点的增加，信息传递将受到485器件扇出极限的限制，尽管可以采用中继技术，但信道无法避免受到总线拓扑结构固有瓶颈效应的威胁，整个系统的实时性随着结点的增加明显下降。从提高性价比的角度来看，与其采用中继器构成总线型拓扑结构不是最理想的选择。构成如图1所示的树—总线链式拓扑结构是更好的网络结构。仔细分析图1所示的树—总线链式拓扑结构，可见，就每一个分支来说，其是一个链式总线结构。在现有技术中，所使用的网络节点由于缺乏必要的转换器件，不能直接构成树—总线链式拓扑结构中所需要的分支结构——即链式总线结构。这就极大地限制了网络性能的改善。

于是，在本领域中就需要一种网络节点以及由该种网络节点组成的链式总线结构，以使得网络能够使性能较佳的树—总线链式拓扑结构。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种网络节点以及由该种网络节点组成的链式总线结构，以使得网络能够使性能较佳的树—总线链式拓扑结构。

根据本实用新型的一方面，提供一种网络节点，包括：一嵌入式无源可控自动网络节点切换器，所述切换器包括两个控制端R和S；一控制单元，与所述控制端R、S相连，根据从控制端R、S接收的信号产生控制信号；一时钟单元，与所述控制单元相连，接收所述控制单元产生的控制信号并根据该信号产生时钟信号；一分频延时单元，与所述控制单元和所述时钟单元相连，接收所述控制单元产生的控制信号和所述时钟单元产生的时钟信号进行分频延时；两个输入端I和 I、两个输出端O和 O，所述两个输入端I和 I以及两个输出端O和 O连接一模拟开关，并通过模拟开关与分频延时单元相连；所述网络节点还包括一接口，与所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输入端I和 I相连；一控制器，与所述接口相连，还连接到所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的控制端R和S；其中，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输入端I和 I作为整个节点的输入端，而嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输出端O和 O作为整个节点的输出端。

根据本实用新型的网络节点的一实施例，所述接口为RS-485接口。

根据本实用新型的网络节点的一实施例，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器中的时钟单元包括由第一与非门G1和第二与非门G2、电阻R1和电容C7组成的多谐振荡器，其中第一与非门G1的两个输入端、电阻R1的一端以及电容C7的一端相连接；第一与非门G1的输出端与电阻R1的另一端相连，且连接到第二与非门G2的一输入端，第二与非门G2的另一输入端连接到控制端S；第二与非门G2的输出端与电容C7的另一端相连，并连接到所述分频时钟单元。所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器中的分频延时单元包括一计数器和由第三与非门G3和第四与非门G4组成的电路，其中所述计数器接收来自所述时钟单元的输出，该计数器的输出连接到第三与非门G3的一个输入端，第三与非门G3的另一个输入端连接到控制端S，第三与非门G3的输出端连接到第四与非门G4的一输入端；第四与非门G4的另一输入端连接到控制端R，第四与非门G4的输出端通过模拟开关连接到两个输入端I和 I以及两个输出端O和 O。所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器中的模拟开关为包括两个场效应管M1和M2，两个管的栅极相连，且一同连接到第四与非门G4的输出，第一场效应管M1的源极和漏极分别接第一输入端I和第一输出端O，而第二场效应管M2的源极和漏极分别接第二输入端 I和第二输出端 O。所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器中的控制单元包括由第一与非门G1和第二与非门G2、电阻R1和电容C7组成的多谐振荡器、由第三与非门G3和第四与非门G4组成的电路以及由第一场效应管M1和第二场效应关M2组成的模拟开关。

根据本实用新型的网络节点的一实施例，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器还包括一能源转换电路，可从信号中获取能源，该电路包括：相互并联的第一二极管D1和第二二极管D2，其中第一二极管D1负极与第一输入端I相连，正极与第二输入端I相连，第二二极管D2负极与第二输入端I相连，正极与第一输入端I相连，且其中第一二极管D1的负极与第一输入端I之间还连接有电容C1，第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极之间还连接有电容C2；相互并联的第三二极管D3和第四二极管D4，其中第四二极管D4负极与第一输出端O相连，正极与第二输出端 O相连，第三二极管D3负极与第二输出端 O相连，正极与第一输出端O相连，且其中第四二极管D4的负极与第一输出端O之间还连接有电容C4，第四二极管D4的正极和第三二极管D3的负极之间还连接有电容C3；第五二极管D5，负极连接到第二输入端 I，正极连接到第六二极管D6的正极，第六二极管D6的负极连接到第二输出端 O；第二二极管D2的负极与第五二极管D5、第六二极管D6的正极之间连接有电容C5；第七二极管D7，正极连接电源V，负极连接到第二二极管D2和第三二极管D3的负极。

根据本实用新型的另一方面，一种网络中的链式总线结构，包括一主机、以链式相连的数个网络节点以及一终结器，其中，所述的每一个网络节点包括：一嵌入式无源可控自动网络节点切换器，该切换器包括：两个控制端R和S；一控制单元，与所述控制端R、S相连，根据从控制端R、S接收的信号产生控制信号；一时钟单元，与所述控制单元相连，接收所述控制单元产生的控制信号并根据该信号产生时钟信号；一分频延时单元，与所述控制单元和所述时钟单元相连，接收所述控制单元产生的控制信号和所述时钟单元产生的时钟信号进行分频延时；两个输入端I和 I、两个输出端O和 O，所述两个输入端I和 I以及两个输出端O和 O连接一模拟开关，并通过模拟开关与分频延时单元相连；所述网络节点还包括一接口，与所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输入端I和 I相连；一控制器，与所述接口相连，还连接到所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的控制端R和S；其中，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输入端I和 I作为整个节点的输入端，而嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输出端O和 O作为整个节点的输出端；以及第一个网络节点的输入端I和 I连接到所述主机，输出端O和 O连接到第二个网络节点的输入端I和 I；之后的每一个网络节点的输入端I和 I都连接到前一个网络节点的输出端O和 O；最后一个网络节点的输出端O和 O连接到所述终结器。

根据本实用新型的链式总线结构的一实施例，所述终结器为一电阻，而所述接口为RS-485接口。

本实用新型的链式总线结构采用如下的方法进行控制，包括：

一编号步骤，第一个网络节点首先将其切换器设置为接通状态并进行编号，根据时间片轮询，所述主机依次呼叫第二个网络节点至最后一个网络节点并进行编号；如果其中一个网络节点故障，则其切换器的控制端R、S会置为“0”状态，经延时后自动将输入端I和输出端O以及输入端 I和输出端O接通，作出故障标记并对下一个网络节点继续呼叫并编号；

一路由表形成步骤，根据上述的编号步骤的结果，所述主机产生一张路由表，其中记录了所述链式总线结构中各网络节点的编号以及故障标记；

一故障查找步骤，在发生故障时，所述主机依次控制每一个网络节点中的切换器，切断/接通输入端I和输出端O以及输入端 I和输出端 O以找出故障位置。

采用本实用新型的技术方案，提供一种具有嵌入式无源可控自动网络节点切换器的网络节点和由该种网络节点组成的链式总线结构，从而帮助形成树—总线链式拓扑结构的网络，可解决传统网络结构中故障诊断、隔离的困难，确保整个网络的畅通。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图对实施例的描述而变得更加明显，附图中相同的附图标记表示相同的特征，其中，

图1是树—总线链式拓扑结构的示意图；

图2是本实用新型的网络节点中所使用的嵌入式无源可控自动网络节点切换器的结构框图；

图3是图2所示的切换器的逻辑图；

图4是图2所示的切换器的时序图；

图5是图2所示的切换器的开关逻辑表；

图6是图2所示的切换器的电路图；

图7是图2所示的用于该切换器的能源转换电路的电路图；

图8是本实用新型的网络节点的结构框图；

图9是本实用新型的链式总线结构的框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型的网络节点和由其构成的链式总线结构中，一个重要的改进是在网络节点中增加了嵌入式无源可控自动网络节点切换器，下面首先参考图2-7说明一下该种嵌入式无源可控自动网络节点切换器，首先参考图2，该切换器100包括：

两个控制端R和S；

一控制单元102，与控制端R、S相连，根据从控制端R、S接收的信号产生控制信号；

一时钟单元104，与控制单元102相连，接收控制单元102产生的控制信号并根据该信号产生时钟信号；

一分频延时单元106，与控制单元102和时钟单元104相连，接收控制单元102产生的控制信号和时钟单元104产生的时钟信号进行分频延时；

两个输入端I和 I、两个输出端O和 O，两个输入端I和 I以及两个输出端O和 O连接一模拟开关108，并通过模拟开关与分频延时单元106相连。

该切换器在设计时考虑到在网络中，大多数节点出现故障是断电、关机等原因造成，其结果大多使输出到控制端R、S端为“0”信号状态，所以控制信号R、S定义为正逻辑控制，即正电压输出为“1”，零电压输出为“0”，模拟开关为无极性纯电阻型，开状态时输入端I和输出端O之间电阻R_C＜1Ω，断开状态时输入端I和输出端O之间电阻R_O＞10¹⁰Ω。该切换器的逻辑符号如图3所示。

下面首先结合图6说明本实用新型的切换器的电路图，参考图6可见，在该实施例中，时钟单元104包括由第一与非门G1和第二与非门G2、电阻R1和电容C7组成的多谐振荡器，其中第一与非门G1的两个输入端、电阻R1的一端以及电容C7的一端相连接；第一与非门G1的输出端与电阻R1的另一端相连，且连接到第二与非门G2的一输入端，第二与非门G2的另一输入端连接到控制端S；第二与非门G2的输出端与电容C7的另一端相连，并连接到所述分频时钟单元。

分频延时单元106包括一计数器和由第三与非门G3和第四与非门G4组成的电路，其中计数器接收来自时钟单元104的输出，更具体地说，是第二与非门G2的输出，该计数器的输出连接到第三与非门G3的一个输入端，第三与非门G3的另一个输入端连接到控制端S，第三与非门G3的输出端连接到第四与非门G4的一输入端；第四与非门G4的另一输入端连接到控制端R，第四与非门G4的输出端通过模拟开关连接到两个输入端I和 I以及两个输出端O和 O。

模拟开关108包括两个场效应管M1和M2，两个管的栅极相连，且一同连接到第四与非门G4的输出，第一场效应管M1的源极和漏极分别接第一输入端I和第一输出端O，而第二场效应管M2的源极和漏极分别接第二输入端 I和第二输出端 O。

图6所示的实施例中，控制单元102是一个组合的电路，包括由第一与非门G1和第二与非门G2、电阻R1和电容C7组成的多谐振荡器、由第三与非门G3和第四与非门G4组成的电路以及由第一场效应管M1和第二场效应关M2组成的模拟开关。

下面结合图4所示的时序图和图5所示的开关逻辑图说明该切换器的工作逻辑，本实用新型的切换器的开关逻辑如图5所示，具体如下：控制端S为“1”，控制端R为“0”电平时，经过时间t(参考时序图图4)将模拟开关的场效应管M1、M2导通即输入端I和输出端O、输入端 I与输出端 O之间电阻＜1Ω，若R为“1”电平，则与非门G1输出为0，管M1、M2阻断，源漏之间电阻为∞，即输入端I和输出端O、输入端 I与输出端 O之间电阻为∞，R端为“0”，S端亦为“0”时，与非门G1、G2组成的多谐振荡器提供给计数器CR CLK时钟，经14级分频后，输出一延时后的高电平，经与非门G3、G4组合逻辑电路到管M1、M2的栅级，使M1、M2导通。

通常，网络中的节点出现故障后一般都无法为上述的切换器继续提供能源，因此本实用新型的切换器自备了能源转换电路，其可以从出入端或者输出端得到能源，换言之也是从主机和从机的信号中取得能源，图7示出了本实用新型的切换器的一能源转换电路，在无源的状态下可利用RS-485差分信号进行能源转换。由于考虑到从信号中获取能源会在每个结点配置时增加了信道的负载，所以同时也配备了有源供电方案，使得无源工作状态仅在结点机故障状态时被激活，鉴于故障几率一般都在千分之几的数量级，至少有二个二级管的串联后再并接于信道二端，因而对差分输入的RS-485标准不可能给信道带来灾难性的后果。参考图7，可见本实用新型的能源转换电路的具体电路图，该电路包括：

相互并联的第一二极管D1和第二二极管D2，其中第一二极管D1负极与第一输入端I相连，正极与第二输入端 I相连，第二二极管D2负极与第二输入端 I相连，正极与第一输入端I相连，且其中第一二极管D1的负极与第一输入端I之间还连接有电容C1，第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极之间还连接有电容C2；

相互并联的第三二极管D3和第四二极管D4，其中第四二极管D4负极与第一输出端O相连，正极与第二输出端 O相连，第三二极管D3负极与第二输出端 O相连，正极与第一输出端O相连，且其中第四二极管D4的负极与第一输出端O之间还连接有电容C4，第四二极管D4的正极和第三二极管D3的负极之间还连接有电容C3；

第五二极管D5，负极连接到第二输入端 I，正极连接到第六二极管D6的正极，第六二极管D6的负极连接到第二输出端 O；

第二二极管D2的负极与第五二极管D5、第六二极管D6的正极之间连接有电容C5；

第七二极管D7，正极连接电源V，负极连接到第二二极管D2和第三二极管D3的负极。

参考图8，图8说明了采用上述的嵌入式无源可控自动网络节点切换器的网络节点200，其具有如下的结构：

一嵌入式无源可控自动网络节点切换器200，在图8中用其逻辑图表示。

一接口202，与嵌入式无源可控自动网络节点切换器100的第一输入端I和第二输入端 I相连，在该实施例中，接口202为RS-485接口。

一控制器204，与接口202相连，还连接到嵌入式无源可控自动网络节点切换器100的控制端R和S；

其中，嵌入式无源可控自动网络节点切换器100的输入端I和 I作为整个节点200的输入端，而嵌入式无源可控自动网络节点切换器100的输出端O和 O作为整个节点200的输出端。

由该种网络节点200所组成的链式总线结构300如图9所示。其中包括一主机302，数个依次以链式方式相连的网络节点200以及一个终结器304，其中第一个网络节点200a的输入端I和 I连接到主机302，输出端O和 O连接到第二个网络节点200b的输入端I和 I；之后的每一个网络节点的输入端I和 I都连接到前一个网络节点的输出端O和 O；最后一个网络节点200n的输出端O和 O连接到终结器304。在该实施例中，网络节点200中使用的接口也是RS-485接口，而终结器304为一电阻。

图9所示的本实用新型的链式总线结构采用如下的方法进行控制，包括一下的步骤：

有了本实用新型的网络节点和链式总线结构作为基础，将其中的一些节点进行进一步的改进，并将与该节点相连的总线结构进行树形扩展，就能够形成树—链式总线结构。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims

1.一种网络节点，其特征在于，包括：

一嵌入式无源可控自动网络节点切换器，包括：

两个控制端(R)和(S)；

一控制单元，与所述控制端(R)、(S)相连，根据从控制端(R)、(S)接收的信号产生控制信号；

一时钟单元，与所述控制单元相连，接收所述控制单元产生的控制信号并根据该信号产生时钟信号；

一分频延时单元，与所述控制单元和所述时钟单元相连，接收所述控制单元产生的控制信号和所述时钟单元产生的时钟信号进行分频延时；

两个输入端(I)和( I)、两个输出端(O)和( O)，所述两个输入端(I)和( I)以及两个输出端(O)和( O)连接一模拟开关，通过模拟开关与分频延时单元相连；

一接口，与所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输入端(I)和( I)相连；

一控制器，与所述接口相连，还连接到所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的控制端(R)和(S)；

其中，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输入端(I)和( I)作为整个节点的输入端，而嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输出端(O)和( O)作为整个节点的输出端。

2.如权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述接口为RS-485接口。

3.如权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器中的时钟单元包括由第一与非门(G1)和第二与非门(G2)、电阻(R1)和电容(C7)组成的多谐振荡器，

其中第一与非门(G1)的两个输入端、电阻(R1)的一端以及电容(C7)的一端相连接；第一与非门(G1)的输出端与电阻(R1)的另一端相连，且连接到第二与非门(G2)的一输入端，第二与非门(G2)的另一输入端连接到控制端(S)；第二与非门(G2)的输出端与电容(C7)的另一端相连，并连接到所述分频时钟单元。

4.如权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器中的分频延时单元包括一计数器和由第三与非门(G3)和第四与非门(G4)组成的电路，

其中所述计数器接收来自所述时钟单元的输出，该计数器的输出连接到第三与非门(G3)的一个输入端，第三与非门(G3)的另一个输入端连接到控制端(S)，第三与非门(G3)的输出端连接到第四与非门(G4)的一输入端；第四与非门(G4)的另一输入端连接到控制端(R)，第四与非门(G4)的输出端通过模拟开关连接到两个输入端(I)和( I)以及两个输出端(O)和( O)。

5.如权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器中的模拟开关为包括两个场效应管(M1)和(M2)，两个管的栅极相连，且一同连接到第四与非门(G4)的输出，第一场效应管(M1)的源极和漏极分别接第一输入端(I)和第一输出端(O)，而第二场效应管(M2)的源极和漏极分别接第二输入端( I)和第二输出端( O)。

6.如权利要求1至5中任一项所述的网络节点，其特征在于，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器中的控制单元包括由第一与非门(G1)和第二与非门(G2)、电阻(R1)和电容(C7)组成的多谐振荡器、由第三与非门(G3)和第四与非门(G4)组成的电路以及由第一场效应管(M1)和第二场效应关(M2)组成的模拟开关。

7.如权利要求1至5中任一项所述的网络节点，其特征在于，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器还包括一能源转换电路，可从信号中获取能源，该电路包括：

相互并联的第一二极管(D1)和第二二极管(D2)，其中第一二极管(D1)负极与第一输入端(I)相连，正极与第二输入端( I)相连，第二二极管(D2)负极与第二输入端( I)相连，正极与第一输入端(I)相连，且其中第一二极管(D1)的负极与第一输入端(I)之间还连接有电容(C1)，第一二极管(D1)的正极和第二二极管(D2)的负极之间还连接有电容(C2)；

相互并联的第三二极管(D3)和第四二极管(D4)，其中第四二极管(D4)负极与第一输出端(O)相连，正极与第二输出端( O)相连，第三二极管(D3)负极与第二输出端( O)相连，正极与第一输出端(O)相连，且其中第四二极管(D4)的负极与第一输出端(O)之间还连接有电容(C4)，第四二极管(D4)的正极和第三二极管(D3)的负极之间还连接有电容(C3)；

第五二极管(D5)，负极连接到第二输入端( I)，正极连接到第六二极管(D6)的正极，第六二极管(D6)的负极连接到第二输出端( O)；

第二二极管(D2)的负极与第五二极管(D5)、第六二极管(D6)的正极之间连接有电容(C5)；

第七二极管(D7)，正极连接电源V，负极连接到第二二极管(D2)和第三二极管(D3)的负极。

8.一种网络中的链式总线结构，其特征在于，包括一主机、以链式相连的数个网络节点以及一终结器，其中，

所述的每一个网络节点包括：

一嵌入式无源可控自动网络节点切换器，包括：

两个控制端(R)和(S)；

两个输入端(I)和( I)、两个输出端(O)和( O)，所述两个输入端(I)和( I)以及两个输出端(O)和( O)连接一模拟开关，并通过模拟开关与分频延时单元相连；

其中，所述嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输入端(I)和( I)作为整个节点的输入端，而嵌入式无源可控自动网络节点切换器的输出端(O)和( O)作为整个节点的输出端；以及

第一个网络节点的输入端(I)和( I)连接到所述主机，输出端(O)和( O)连接到第二个网络节点的输入端(I)和( I)；之后的每一个网络节点的输入端(I)和( I)都连接到前一个网络节点的输出端(O)和( O)；最后一个网络节点的输出端(O)和( O)连接到所述终结器。

9.如权利要求3所述的链式总线结构，其特征在于，所述终结器为一电阻。

10.如权利要求3所述的链式总线结构，其特征在于，所述接口为RS-485接口。