TWM613996U

TWM613996U - 內置交換功能的面板型乙太網閘道

Info

Publication number: TWM613996U
Application number: TW110201931U
Authority: TW
Inventors: 劉棋星; 翁嘉杰; 志樑陳
Original assignee: 大陸商廣州昂寶電子有限公司
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2021-07-01

Abstract

本創作提出了一種內置交換功能的面板型乙太網閘道。該面板型乙太網閘道包括正面外殼和背面外殼。正面外殼上設有正面網路介面。背面外殼能以可拆卸方式結合到正面外殼。背面外殼有凸起部分。凸起部分上設有背面網路介面。在凸起部分與正面外殼之間的空間中，設置有第一隔離變壓器、第二隔離變壓器、乙太網供電模組和交換晶片。第一隔離變壓器與正面網路介面連接。第二隔離變壓器與背面網路介面連接。乙太網供電模組電連接到第二隔離變壓器。交換晶片分別與第一隔離變壓器和第二隔離變壓器連接以進行通訊，還與乙太網供電模組連接，以能由乙太網供電模組供電。

Description

內置交換功能的面板型乙太網閘道

本創作涉及物聯網通訊領域，更具體地，涉及一種內置交換功能的面板型乙太網閘道。

近年，隨著物聯網發展，物聯網相關的設備逐漸應用到酒店、公寓、家居等領域。無線保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)、窄頻物聯網(Narrowband Internet of Things，NB-IoT)等能直接連接外網。但是，Zigbee(無線個域網)、藍牙、Lora(遠距離無線電)等不能直接連接Internet(互聯網)。在採用這些技術的應用中，需要乙太網閘道進行本地感測器等節點設備的管理及控制，並負責對與伺服器等外界通訊的中轉。

傳統上，乙太網閘道是獨立形態的。在酒店或租賃公寓等商業應用中，獨立形態的乙太網閘道有桌面擺放、壁掛、吸頂等安裝方式。但這類形態的閘道往往存在佈線麻煩，或者容易被客人偷走的風險。此外，對於需要Portal(門戶)認證的酒店Wi-Fi熱點，無線Wi-Fi閘道還存在接入流程複雜或無法接入等問題，影響專案落地及交付。

為了解決前述應用中存在的問題，本創作提出了一種內置交換功能的面板型乙太網閘道。

根據本創作的一個實施例中，面板型乙太網閘道包括正面外殼和背面外殼。正面外殼上設有正面網路介面。背面外殼能以可拆卸方式結合到正面外殼。背面外殼有凸起部分。凸起部分上設有背面網路介面。在凸起部分與正面外殼之間的空間中，設置有第一隔離變壓器、第二隔離變壓器、乙太網供電模組和交換晶片。第一隔離變壓器與正面網路介面連接。第二隔離變壓器與背面網路介面連接。乙太網供電模組電連接到第二隔離變壓器。交換晶片分別與第一隔離變壓器和第二隔離變壓器連接以進行通訊，還與乙太網供電模組連接，以能由乙太網供電模組供電。

通過在閘道內內置網路交換功能，同時支援乙太網供電(Power Over Ethernet，PoE)網線供電和/或交流(Alternating Current，)AC供電，本創作的乙太網閘道能被內嵌到牆壁內，不存在佈線及影響美觀的問題。此外，因為內置網路交換功能，並且外部帶有RJ45(註冊插孔45)乙太網網口，還可以供諸如個人電腦等終端上網接入使用。尤其是對於後期改造的酒店，不需要重新裝修或佈線，直接將原先的面板用本創作的內置交換功能的面板型乙太網閘道替換，即可實現智慧化改造。

100:面板型乙太網閘道

101:正面外殼

102:正面RJ45介面

103:背面外殼

104:凸起部分

105:背面RJ45介面

106:交流電接線端子

201:第一隔離變壓器

202:第二隔離變壓器

203:PoE(乙太網供電)模組

204:AC(交流)供電模組

205:交換IC(晶片)

206:乙太網主控IC

207:物聯網通訊模組

208:記憶體

601:雲端設備

602:光貓/路由器

603:手機APP(應用程式)

604:個人電腦

2031,2041:整流模組

2032:PD(受電設備)返馳控制器

2033:第一LDO(低壓降線性穩壓器)

2034:第二LDO

2042:濾波模組

2043:一次回饋返馳電路

2044:第三LDO

2045:第四LDO

從下面結合圖式對本創作的具體實施方式的描述中可以更好地理解本創作，其中：

圖1A是根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道100的正面示意圖；

圖1B是根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道100的背面示意圖；

圖2是根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道100的主要功能模組和連接關係的示意圖；

圖3是根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道的PoE模組203的組成示意圖；

圖4是根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道的AC供電模組204的組成示意圖；以及

圖5示出了根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道的使用場景的一個示例。

下面將詳細描述本創作的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本創作的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本創作可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本創作的示例來提供對本創作的更好的理解。本創作絕不限於下面所提出的任何具體配置和演算法，而是在不脫離本創作的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描述中，沒有示出所有公知的結構和技術，以便避免對本創作造成不必要的模糊。

為了解決傳統獨立型乙太網閘道存在的問題，適應技術發展的需要，本創作提出了一種內置交換功能的面板型乙太網閘道。

圖1A示意性地示出了根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道100的正面，圖1B示意性地示出了根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道100的背面。

如圖1A所示，面板型乙太網閘道100的正面包括正面外殼101和正面RJ45介面102。正面外殼101的形狀僅是示意性的，可以採用任何合適的形狀。通常，正面外殼101的形狀可以採用現有的面板一致的形狀，便於替換已有的面板或者適於安裝到牆壁上預留的位置中。正面RJ45介面102用於插入網線，電腦之類的終端通過網線連接到面板型乙太網閘道100，進而通過面板型乙太網閘道100連接到互聯網。正面RJ45介面102的個數和在正面外殼101中的位置也是示意性的，可以根據需要進行設置。

如圖1B所示，面板型乙太網閘道100的背面包括背面外殼103。背面外殼103通過卡口等可打開的方式結合到正面外殼101。背面外殼103包括凸起部分104，凸起部分104與正面外殼101之間的空間，用以容納面板型乙太網閘道100的內部元件或構件。凸起部分104與背面外殼103可以是一體的，也可以是分離的。凸起部分104上有背面RJ45介面105和交流電接線端子106。背面RJ45介面105用於通過網線連接到外部網路設備。交流電接線端子106用於連接市電供電線路。圖1B的背面還可以包括其他便於安裝的結構，也可能包括散熱孔等。圖1B僅是為了描述根據本創作的面板型乙太網閘道100的一個實施例，而非對其進行限制。

下面參考圖2對根據本創作的一個實施例的面板型乙太網閘道100主要功能模組和連接關係進行說明。

如圖2所示，面板型乙太網閘道100包括能與正面RJ45介面102連接的第一隔離變壓器201。第一隔離變壓器201能夠把面板型乙太網閘道100與外接設備隔離開，從而能夠保護內部器件，增強抗干擾能力。比如，第一隔離變壓器201能夠保護內部晶片，避免雷擊等不利影響；對於採用不同電壓的實體層晶片，也能通過隔離而避免彼此之間的影響。第一隔離變壓器201還能夠增強訊號，增加訊號的傳輸距離。可以採用各種商用的RJ45隔離變壓器。本領域技術人員瞭解各種RJ45隔離變壓器，以及相應的連接方法，在此不再贅述。

面板型乙太網閘道100還包括能與背面RJ45介面105連接的第二隔離變壓器202。第二隔離變壓器202能夠把面板型乙太網閘道100與外部網路隔離開。第二隔離變壓器202的作用與第一隔離變壓器201類似，可以採用與第一隔離變壓器201相同或者不同的商用RJ45隔離變壓器。

面板型乙太網閘道100還包括PoE(乙太網供電)模組203。PoE模組203能從第二隔離變壓器202提取來自供電端設備(Power Sourcing Equipment，PSE)的電壓，轉換為適於面板型乙太網閘道100內部用電模組使用的電壓，對這些模組進行供電。這些模組例如包括交換IC(晶片)205、乙太網主控IC 206、物聯網通訊模組207和記憶體208。後面將結合圖式更詳細地說明PoE模組203。

面板型乙太網閘道100還包括AC供電模組204。AC供電模組204能通過交流電接線端子106連接到市電，從而把市電轉換成適於面板型乙太網閘道100內部用電模組使用的電壓，對這些模組進行供電。這些模組例如包括交換IC 205、乙太網主控IC 206、物聯網通訊模組207和記憶體208。後面將結合圖式更詳細地說明AC供電模組204。

面板型乙太網閘道100既包括PoE模組203又包括AC供電模組204，從而能夠根據實際需要，在不具備PoE供電的情況下，能接入市電，採用AC供電。

面板型乙太網閘道100還包括交換IC 205、乙太網主控IC 206和物聯網通訊模組207。交換IC 205能夠將通過背面RJ45介面105、第二隔離變壓器202接入的乙太網訊號擴展成兩路訊號。一路到通過正面RJ45介面102連接到面板型乙太網閘道100的終端，例如電腦；另一路通過乙太網主控IC 206到通過物聯網通訊模組207連接到面板型乙太網閘道100的各類感測器、控制台、智慧燈等終端節點。從而，在工作時，面板型乙太網閘道100能夠建立諸如電腦之類的網路終端和諸如感測器、控制台、智慧燈之類的物聯網終端節點與外部網路之間的連接。

更具體地，外部網路訊號能經背面RJ45介面105輸入到面板型乙太網閘道100，然後經第二隔離變壓器202轉換為媒體相依介面(Medium Dependent Interface，)MDI訊號。MDI訊號經交換IC 205中的實體層(Physical Layer，PHY)及媒體存取控制(Medium Access Control，MAC)功能處理，基於例如查詢等得到的MAC位址記錄，被傳輸到例如第一隔離變壓器201，或者被傳輸到乙太網主控IC 206。交換IC 205可以採用現有的商用IC，也可以採用專用IC，可以是獨立的IC，也可能是與面板型乙太網閘道100的其他功能模組集成在一起的部分。本領域技術人員瞭解各種交換IC 205的實現和設置細節，在此不再贅述。

乙太網主控IC 206負責與外界的通訊及資訊交互，例如負責與路由器、雲端、手機APP(應用程式)等的通訊和資訊交互。更具體地，乙太網主控IC 206通過動態主機控制協定(Dynamic Host Control Protocol，DHCP)自動獲取網際網路協定(Internet Protocol，IP)位址，或者通過配置靜態IP，從而與路由器建立通訊。路由器可以是支援PoE的PSE，也可以是不支援PoE的路由器。此外，乙太網主控IC 206還可以建立傳輸控制協定(Transmission Control Protocol，TCP)伺服器，從而能接收通過手機APP等發送來的配置指令。乙太網主控IC 206還可以將物聯網通訊模組207的通訊指令轉換成Json(JavaScript對象標記法)格式，並通過訊息佇列遙測傳輸(Message Queuing Telemetry Transport，MQTT)應用協議與雲端進行上下行交互通訊。乙太網主控IC 206可以採用現有的商用IC，也可以採用專用IC，可以是獨立的IC，也可能是與面板型乙太網閘道100的其他功能模組集成在一起的部分。本領域技術人員瞭解各種乙太網主控IC 206的實現和設置細節，在此不再贅述。

物聯網通訊模組207負責與網內的物聯網終端，例如，感測器、控制台、智慧燈等進行通訊，並且實現組網管理、分組管理、本地情景管理等功能。物聯網通訊模組207通過內置的射頻模組及通訊協定，與使用相同射頻模組及通訊協定的感測器、控制台、智慧燈等物聯網終端節點通訊，從而實現組網管理、分組管理、本地情景管理等。物聯網通訊模組207可以採用例如2.4G訊號，例如可以是物聯網2.4G通訊晶片。物聯網通訊模組207可以是商用模組，也可以是專門開發的模組。本領域技術人員瞭解各種物聯網通訊模組207的實現和設置細節，在此不再贅述。

此外，面板型乙太網閘道100還可以包括記憶體208，用於存儲物聯網終端節點資訊、分組資訊、情景資訊等。例如，記憶體208可以是外掛的串列週邊介面(Serial Peripheral Interface，SPI)Flash(快閃記憶體)。物聯網通訊模組207通過擦、寫、讀等指令，在記憶體208中保存、讀取端節點資訊、分組資訊、情景資訊。

以上示例雖然同時示出了PoE供電、AC供電、網路連接、物聯網等功能，但是這些功能並非必須都具備，而是可以根據需要有所取捨。例如，只具有PoE供電功能、或者只具有AC供電功能、或者二者同時都有；只具有網路連接功能、只具有物聯網功能、或者二者同時都有。

圖3是根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道的PoE模組203的組成示意圖。如圖3所示，PoE模組203能從第二隔離變壓器202的中心抽頭提取出共模電壓，例如，57V的直流電壓。提取出的共模電壓經整流模組2031整流，再通過支持例如IEEE 802.3af標準的集成受電設備(Powered Device，PD)返馳控制器2032進行隔離降壓，輸出5V直流電。PD返馳控制器2032輸出的5V直流電再經兩路低壓降線性穩壓器(Low Dropout Linear Regulator，LDO)輸出3.3V的直流電，分別給面板型乙太網閘道100的各個模組供電。例如，第一LDO 2033輸出的3.3V直流電用於給交換IC 205、乙太網主控IC 206和記憶體208供電；第二LDO 2034輸出的3.3V直流電用於給物聯網通訊模組207和記憶體208供電。

PoE技術能夠簡化設備的安裝和部署，並且具有節能安全等優勢。因此，近年來，PoE技術被廣泛用於無線覆蓋、安防、物聯網供電等領域。PoE能在不對現有的Cat.5佈線基礎架構進行改動的情況下，通過網線為一些乙太網的終端供電。完整的PoE系統包括PSE和PD。PSE一般包括支援PoE功能的乙太網交換機、路由器、集線器等網路設備。支援PoE功能的設備有標準的設備，也有非標準的設備。標準的設備比如遵循IEEE802.3af、802.3at(PoE plus)的設備。遵循IEEE802.3af的PSE輸出電壓為44-57V直流(Direct Current，DC)，而支援IEEE802.3at的PSE的輸出電壓為50-57V DC。

圖4是根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道的AC供電模組204的組成示意圖。如圖4所示，在AC供電模組204經交流電接線端子106接入市電的情況下，AC電源經整流模組2041整流、濾波模組2042濾波、一次回饋返馳電路2043隔離降壓，輸出5V直流電。一次回饋返馳電路2043輸出的5V直流電再經兩路LDO輸出3.3V的直流電，分別給面板型乙太網閘道100的各個模組供電。例如，第三LDO 2044輸出的3.3V直流電用於給交換IC 205、乙太網主控IC 206和記憶體208供電；第四LDO 2045輸出的3.3V直流電用於給物聯網通訊模組207和記憶體208供電。

以上為了說明方便，在圖3和圖4中，把PoE模組203和AC供電模組204示出為兩個獨立的電路。實際上，在具體實現中，這兩個模組也可以共用某些元件。例如，第一LDO 2033和第三LDO 2044可以採用同一個LDO來實現，第二LDO 2034和第四LDO 2045可以採用同一個LDO來實現。

為了便於理解本創作的方案，現結合圖5說明根據本創作實施例的內置交換功能的面板型乙太網閘道的使用場景的一個示例。

例如，根據本創作實施例的一個面板型乙太網閘道100被安裝到牆壁上，替換傳統的面板。面板型乙太網閘道100連接到光貓/路由器 602。若光貓/路由器602支持PoE，則不用接到市電。從而，就PoE供電而言，光貓/路由器602能作為PSE，面板型乙太網閘道100能作為PD工作。若光貓/路由器602不支援PoE，則將面板型乙太網閘道100連接到市電，由市電供電。雲端設備601和手機APP 603連接到光貓/路由器602。個人電腦604連接到面板型乙太網閘道100，從而建立到外部的連接。

為了簡單起見，圖5中未進一步示出其他物聯網終端。基於此前的詳細說明，本領域技術人員能夠明瞭各種物聯網終端通過面板型乙太網閘道100連接到網路來實現相應的各種功能。

以上結合圖式描述了本創作的示例。所描述的特徵、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施例中。在以上的描述中，提供了許多具體細節從而給出對本創作的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實現本創作的技術方案，而沒有所述特定細節中的一個或更多，或者可以採用其它的方法、組元、材料等。在其它情況下，未詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本創作的主要技術創意。

本領域技術人員應能理解，上述實施例均是示例性而非限制性的。在不同實施例中出現的不同技術特徵可以進行組合，以取得有益效果。本領域技術人員在研究圖式、說明書及申請專利範圍的基礎上，應能理解並實現所揭示的實施例的其他變化的實施例。某些技術特徵出現在不同的從屬請求項中並不意味著不能將這些技術特徵進行組合以取得有益效果。