CN101132284A - 网络通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络通信装置，其要点是：包括信道复接模块，该信道复接模块包括：1.一个第一输入输出I/O端口，用于连接一个第一通信设备；2.一个第二I/O端口，用于连接一个第二通信设备；3.一个第三I/O端口，用于通过一个4对双绞线的网线连接位于所述网线另一端的一个终端复接装置，所述的终端复接装置也连接一个第一终端装置和一个第二终端装置；4.一个复接电路，分别连接所述的第一，第二和第三I/O端口并在所述的网线上形成一个以太网信道和一个高速带外信道；所述的第一通信设备通过所述的以太网信道与所述的第一终端装置通信，所述的第二通信设备通过所述的带外信道与所述的第二终端装置通信，从而使得两路数据信号相互隔离。

Description

网络通信装置

技术领域

本发明涉及网络通信装置，主要适用于在同一个局域网布线***上实现双交换机双信道通信的局域网。

背景技术

目前，在以太网(Ethernet)上进行电话语音通信是通过采用VoIP(Voiceover IP)技术，亦称IP(Internet Protocol)电话技术来实现的。与单独使用传统的用户电话交换机PBX(Private Brach Exchange)进行电话通信相比，利用以太网(Ethernet)进行数据和电话通信有很多优点，如降低***建造和维护成本，以及提供与语音和数据更加集成的各种功能和应用。

但是，在以太网上进行电话通信在技术和操作上至今还存在一些问题。这是因为传送语音对网络服务质量QoS(Quality of Service)要求很高，而以太网是在不能提供QoS的数据包(Packet或Frame)交换技术的背景下发展起来的。这里，QoS指的是通信网络在带宽(Bandwidth)，数据包延迟(PacketDelay)，数据包抖动(Packet jittering)和数据包丢失(Packet Loss)等方面的技术指标。另外，以太网在***的可靠性和安全性方面，也不及传统的PBX***。

因此，解决以太网电话通信在技术和操作方面所存在的问题，对进一步推广以太网电话语音通信的应用将会有帮助。

为了更好地了解本发明，首先更进一步地说明以太网技术和其相关技术。

以太网是一种发明于二十世纪七十年代的计算机局域网LAN(Local AreaNetwork)技术，以提供个人计算机和其它数据终端设备间的数据通信。由于以太网技术的简单性和***可扩展性，它现在已经是世界上被用来实现计算机局域网的主要技术，并由美国电子电机工程师学会IEEE(The Institute ofElectrical and Electronics Engineers)形成了国际标准，即IEEE标准802.3：带有碰幢检测的载波监听多设备接入方法和物理层标准(Carrier sensemultiple access with collision detection(CSMA/CD)access method andphysical layer specifications).

根据IEEE标准802.3，一个由8芯导线或4对双绞线组成的标准网线，如第5类(Category 5)或类似的网线，提供一个全双工的传输信道，连接两个以太网设备，如一个计算机和一个以太网交换机。一般地，这样的网线的两端各配有一个8芯RJ45连接头，与以太网设备的网络端口的8芯RJ45插座相互连接。在本文中，一个网线的8芯导线按从1到8的顺序来表示，相应地，网线的4对双绞线分别表示为双绞线1-2，双绞线3-6，双绞线4-5和双绞线7-8。一个10Base-T或100Base-TX(以下统称为10/100Base-T)以太网信道使用两对双交线对，即双绞线1-2和双绞线3-6以差分方式来传送太网数据信号，另外两对双绞线对闲置不用；一个1000Base-T的千兆比特率的以太网信道使用全部4对双交线对。

早期的以太网是总线公享式的，即多个终端设备(如个人计算机)同时连接到一个网线上，采用IEEE标准802.3所规定的带有碰幢检测的载波监听多设备接入方式CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with CollisionDetection)来进行数据通信。这种通信方式的效率和可靠性较低。目前，主要使用以太网交换机以星型点对点的方式来连接个终端设备，取得更高数据传送率和提高网络的可靠性。

“Power over Ethernet(PoE)”，即利用以太网的网线向终端设备(如IP电话话机)供电，是以太网技术的一个重要发展，其主要优点是取消了向终端设备供电的单独的电源电缆布线和交流电压变直流电压的转换适配器，从而进一步提高以太网的可靠性。事实上，“Power over Ethernet”已经被标准化，成为IEEE的另外一个标准，即802.3af。

根据IEEE标准802.3af，一个网线供电设备PSE(Power SourcingEquipment)以方式A(“Alternative A”)或方式B(“Alternative B”)过网线的两对双绞线向一个网络终端设备提供直流或低频交流的“共模”网线电压(Inline Power)。在方式A下，双绞线对1-2和3-6被用来传输网线电压，其电压极性取决与网线是直通型的(Straight-Through，or MDI)还是交叉型的(Cross-Over or MDI-X)。如前所述，双绞线对1-2和3-6同时也被用来以差分的方式传送以太网数据信号，所以，在方式A下，以太网数据信号和网线电压同时在两个双绞线1-2和3-6上被传送和传输。由此可见，方式A既适用于10/100Base-T，也适用于1000Base-T。在方式B下，双绞线4-5和7-8只被用来传输PoE网线电压，其电压极性固定，双绞线4-5为正极性，双绞线7-8为负极性。由此可见，方式B仅适用于10/100Base-T。

IEEE标准802.3af规定了两种供电设备PSE的实施方式即终点式(Endpoint)PSE和中间跨接式(Midspan)PSE。终点式PSE与一个以太网交换机共同安装在一个机箱内，通过同一个RJ45接口将数据信号和网线电压偶合到一个网线上传输；中间跨接式PSE是一个独立设备，连接于一个以太网交换机和终端设备之间，将其提供的网线电压和所接收的该以太网交换机的各路数据信号偶合到各自的网线上传输。

根据IEEE标准802.3af，一个接受PoE供电的终端设备PD(PoweredDevice)，如IP电话，必须同时支持方式A和方式B这两种PoE供电方式。

从技术上讲，为了实现在以太网上进行语音通信，一个IP电话将模拟语音信号数字化，形成以太网IP数据包，加载于以太网数据包里，经过以太网而传送到另一个IP电话。如前所述，以太网需要提供足够好的QoS，才能取得令人满意的电话通信质量。

目前，存在两种广泛地用于以太网上进行IP电话通信的技术，使以太网交换机既具有提供一定QoS的能力，同时也具有更好的安全性。其一是对以太网数据包按优先级分类，以太网交换机依据以太网数据包优先级别的高低来传送数据包。例如，对于来自IP电话机的数据包给予高的优先级，使任何与IP电话机相关联的数据包能被尽快地传送。其二是使用虚拟局域网VLAN(VirtualLAN)的技术，在一个以太网交换机内将来自IP电话机的数据包与来自其它数据终端，如计算机的数据包在网络第二层(Layer 2)，即数据链路层(Data LinkLayer)分隔，以提高IP电话通信的安全性。事实上，这两种技术也由IEEE形成了一个标准，即IEEE标准802.1p/Q.

虽然，使用具有优先级和VLAN功能的以太网交换机可以让以太网具有提供一定QoS的能力，同时提高以太网的安全性，以更好地支持在以太网上进行IP电话通信。即使如此，这样的以太网在技术和操作方面，仍然存在一些问题，有待解决或改善。这些问题包括：

1)可靠性和安全性的问题。在某个意义上讲，在一个以太网上同时进行数据和语音通信相当于将两个鸡蛋放在一个篮子里。一旦该以太网因任何原因不能正常运行甚至瘫痪时，数据和电话通信会同时失去。

2)语音通信保密性的问题。虽然采用VLAN可以将语音的数据包与其它数据包分隔于两个VLAN中传送，对语音通信的保密性，防止电话被窃听有一定的帮助。但是，这种基于数据链路层(Data Link Layer)VLAN仍有可能被“非法入侵”，所以它对的数据包的隔离程度是有限的。

3)网络升级的问题。为了支持IP电话通信，需要用更先进的，具有QoS/VLAN功能的以太网交换机替换传统的以太网交换机。这样做不仅导致网络建造的费用的增加，更重要的是，在网络升级的过程中，网络运行往往会不稳定甚至中断，严重影响日常的数据和电话通信。

4)网络管理和维护方面的问题。使用具有QoS/VLAN功能的以太网交换机会产生网络管理和维护方面的问题。这是因为新的以太网交换机的设置要比传统的以太网交换机的设置复杂和耗时，很多情况下需要专业的网络维护人员手动来设置。另外，在网络的运行过程中，也需要专业的网络维护人员来监视网络的运行状态和性能。这些因素导致持续的隐形费用。

5)119等紧急呼救电话的问题。在一个传统的电话交换机PBX***里，一部电话的电话号码是基于该电话机所连接到的电话交换机PBX的一个端口而设定的。而在一个IP电话***里，一个IP电话机的电话号码是基于该IP电话机的物理地址(MAC Address)而设定的。因此，同一部IP电话机可以连接到不同的以太网交换机端口而其电话号码不变。这造成对IP电话机的定位困难而难以支持119紧急呼救电话的功能。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种网络通信装置，它通过简单，经济和有效的局域网技术，以解决和改善上述以太网上IP电话通信所存在的问题和困难。

本发明的目的是这样实现的：一种网络通信装置，包括：信道复接模块，该信道复接模块具有：

1)一个第一输入输出I/O端口，用于连接一个第一通信设备；

2)一个第二I/O端口，用于连接一个第二通信设备；

3)一个第三I/O端口，用于通过一个4对双绞线的网线连接位于所述网线另一端的一个终端复接装置，所述的终端复接装置也连接一个第一终端装置和一个第二终端装置；

4)一个复接电路，分别连接所述的第一，第二和第三I/O端口并在所述的网线上形成一个以太网信道和一个高速带外信道；

所述的第一通信设备通过所述的以太网信道与所述的第一终端装置通信，所述的第二通信设备通过所述的带外信道与所述的第二终端装置通信，以这样的方式使两路数据信号相互隔离。

而且，所述的第一和第二通信设备均分别是以太网交换机，所述的第一终端装置是个人计算机，所述的第二终端装置是IP电话机。

而且，所述的网络通信装置还包括一个网线供电设备PSE，其输出的网线电压被偶合到所述的网线中的2对双绞线上，为所述的第二终端装置供电。

而且，具有一个电压极性调整和偶合电路，使外部输入的电压极性可变的网线电压以IEEE标准802.3所规定的电压极性偶合到所述的网线中的2对双绞线上，为所述的第二终端装置供电。

而且，所述的以太网信道使用所述网线中IEEE标准802.3规定的2对双绞线以10/100Base-T方式传送其数据信号；所述的带外信道使用所述的网线中闲置不用的2对双绞线以10/100Base-T方式传送其数据信号。

而且，所述的网络通信装置还包括一个以太网交换机，作为所述的第二通信设备，安装在同一个机箱内。

而且，所述的网络通信装置还包括两个以太网交换机，分别作为所述的第一和第二通信设备，安装在同一个机箱内。

而且，所述的作为第二通信设备的以太网交换机通过所述的带外信道只接收和转发来自一个合法终端装置的数据包，用于实现终端装置的接入控制和定位的功能。

而且，所述的以太网信道使用所述网线的4对双绞线传送以太网数据信号；所述带外信道在所述的以太网数据信号传送的帧间休闲期(Inter-framePeriods)传送带外数据信号。

而且，所述的以太网数据信号符合千兆比特率以太网1000Base-T的要求，使用1000BASE-T中的扰码比特(Bit)Sd_n[2]和/或者比特Sd_n[3]传送带外数据信号，其中，比特Sd_n[2]和Sd_n[3]符合IEEE标准803.2的定义。

而且，使用下列公式将带外数据信号加载于比特Sd_n[2]和/或者Sd_n[3]中：

这里，OOB_D_n表示被经过一种编码方法处理后的带外信道数据；“！”

是“非”的逻辑操作符；其它符号符合IEEE标准803.2的定义。

而且，所述的编码方法是mB/nB编码，包括4B/5B编码。这里，m和n为正整数，且m小于n。

本发明的优点是：1.计算机数据信号和IP电话数据信号一个局域网上相互隔离而独立运行，使IP电话通信有良好好的QoS和可靠性。2.具有良好的语音通信保密性。3.无需更换以太网交换机，在网络升级的过程中，网络仍能够正常运行。4.便于网络管理和维护，降低了网络管理和维护成本。5.支持119等紧急电话的定位要求。6.可以使用带外信道所构成的一个附属以太网(Auxiliary LAN)作为以太网信道所构成的主以太网(Primary LAN)的控制平面(台)(Control Plane)，来实现各种终端设备对主以太网的接入控制。

附图说明

图1是根据本发明的一个基于双交换机双信道通信的局域网的***方框图。

图2A是根据本发明的网络复接装置MUX_SW的一种实施例方框图。该网络复接装置MUX_SW包含一个PoE网线供电设备PSE。

图2B是图2A中信道复接模块200的更详尽的电路图。

图3A是根据本发明的网络复接装置MUX_SW的另一种实施例方框图。该网络复接装置MUX_SW不包含PoE网线供电设备PSEP，只接受外部输入的网线电压。

图3B是图3A中信道复接模块300的更详尽的电路图。

图4是根据本发明的另一个实施例的方框图。一个以太网交换机和图2A所示的网络复接装置MUX_SW被安装在一个机箱里。

图5是本发明的另一个实施例的方框图。二个以太网交换机和图2A所示的网络复接装置MUX_SW被安装在一个机箱里。

图6是一个简化的千兆比特率以太网1000Base-T物理层(PHY)中物理编码子层PCS(Physical Coding Sub-layer)的方框图。

图7是根据本发明使用扰码比特Sd_n[2]或/和比特Sd_n[3]来传送带外信道数据的方框图。

图8是根据本发明的用于第二通信设备实现终端设备接入控制(AccessControl)和定位(Location Tracking)的流程图。

具体实施方式

参照图1～图8，以下将结合实施例对本发明作进一步详述。

参照图1，网络复接装置MUX_SW 110包括一个或多个信道复接模块。每个信道复接模块有三个输入输出(Input/Output)I/O端口。第一个输入输出I/O端口，通过跳线105(Patch Cable)连接于一个第一局域网交换机；第二I/O端口通过跳线115，连接于一个第二局域网交换机；第三I/O端口，用于通过一个4对双绞线的标准网线125，如第5类网线(Category 5)连接位于所述网线另一端的终端复接装置MUX_EP 140，该终端复接装置MUX_EP 140可分别连接一个第一终端设备，如计算机150和一个第二终端设备，如IP电话机160；该信道复接模块和对应的位于终端设备一侧的复接装置MUX_EP 140在同一根网线125上产生一个(Ethernet Channel)，用于发送和接收所述的第一I/O端口数据信号和一个带外信道(Out-of-Band Channel)，用于发送和接收对应的第二I/O端口数据信号。特别地，这个带外信道是一种高速传输信道，可传送一路或多路数字语音和/或视频信号。通常，一路高质量的数字语音信号的传送码率是64Kbps(Kilo-bits per second)，将其形成IP数据包后，所需信道码率会更高。特别地，如果通过IP电话进行可视通信，所需信道码率将要高得多。

如此，第一局域网交换机120作为一个数据交换机(Data Switch)通过以太网信道传送和交换计算机150的数据包，计算机150被用于运行非业务质量敏感(Non-QoS Critical)的应用程序，如传送电子邮件和数据文件等。同时，第二局域网交换机130作为一个语音交换机(Voice Switch)通过带外信道传送和交换IP电话机160或其它运行业务质量敏感(QoS Critical)的应用程序的终端设备的数据包。

本发明通过在同一个网线建立两个信道，并采用两个单独的局域网交换机的方式，使IP电话160的数据信号的传送和转发与计算机150的数据信号的传送和转发，相互隔离开来，因之，IP电话通信具有更好的QoS，可靠性和保密性。根据本发明，这种数据信号传送的隔离应在网络的物理层(Physical Layer)或物理层与数据链路层(Data Link Layer)之间实现。

第一和第二局域网交换机均可以是适当的以太网交换机。特别地，第二局域网交换机130可以是一个不具有QoS和VLAN功能，非管理(Unmanaged)的以太网交换机，以降低***造价。

第二局域网交换机130也可以是基于其它数据包交换技术的交换机，如异步传送模式ATM(Asynchronous Trans fer Mode)交换机。

此外，第一和第二局域网交换机也可以是更一般意义上的对数据包进行处理的网络通信设备或装置。

在本文以下的说明中，以数据交换机代替第一局域网交换机120；以语音交换130机代替第二局域网交换机。

语音交换机130和网络复接装置MUX_SW 110可以被集成于同一个机箱，成为一个设备；进一步地，数据交换机120，语音交换机130和网络复接装置MUX_SW110可以被集成于同一个机箱，成为一个设备。

可以在数据交换机120和语音交换机130配置用于设备互联的端口(UplinkPort)，如图1所示的端口180和端口170。这样的设备互联的端口可用于连接不同的网络通信设备和服务器(SERVERS)。

参照图2A，网络复接装置MUX SW 110包含一个内置的“Power overEthernet”网线供电设备PSE 280和一个或多个信道复接模块200。信道复接模块200的确个数与所连接的交换机的连接端口的个数有关，典型的信道复接模块个数包括12，16和24。信道复接模块200有三个I/O端口，第一个I/O端口通过跳线105(Patch Cable)与数据交换机120的一个I/O端口连接，第二个I/O端口通过跳线115与语音交换机130的一个对应的I/O端口连接，第三个I/O端口通过网线125与网线另一端的终端复接装置MUX EP140的一个对应的I/O端口连接。在该发明实施例中，信道复接模块200使用一个网线125的2对双绞线1-2和双绞线3-6建立以太网信道，传送一路10/100Base-T信号；使用同一个网线125的另外2对双绞线4-5和双绞线7-8建立带外信道，传送一路10/100Base-T信号，并且网线供电设备PSE 280输出的PoE网线电压290也通过网线125的2对双绞线4-5和双绞线7-8所形成的电路来传输。

参照图2B，信道复接模块200的3个I/O端口分别使用3个RJ45插座210，220和230。RJ45插座有8个金属管脚，用于与网线的8芯RJ45插头连接。信道复接模块200的功能是将跳线105的2对双绞线1-2和双绞线3-6所传送的10/100Base-T信号偶合到网线125对应的2对双绞线1-2和双绞线3-6上而传送，也将在跳线115的2对双绞线1-2和3-6所传送的10/100Base-T信号偶合到网线125的另外的2对双绞线4-5和7-8上而传送。另外，网线125的2对双绞线4-5和双绞线7-8形成一个共模电压传输电路，接收并传输来自网线供电设备PSE 280的输出网线电压290。

具体地，RJ45插座210的管脚1，2，3和6与RJ45插座230对应的管脚1，2，3和6连接，RJ45插座210的管脚4，5，7和8可以悬空不接，如此，网线125的双绞线1-2和3-6被用以传送来自跳线105的10/100Base-T信号。RJ45插座220的管脚1和2与信号隔离变压器240(Isolation Transformer)的第一个线圈两端连接，RJ45插座230的管脚4和5与信号隔离变压器240的第二个线圈两端连接；RJ45插座220的管脚3和6与信号隔离变压器250的第一个线圈两端连接，RJ45插座230的管脚7和8与信号隔离变压器250的第二个线圈两端连接。另外，网线供电设备PSE 280的网线电压输出290的正极性端+和负极性端-分别连接到信号隔离变压器240第二线圈的中间抽头245(CenterTap)和信号隔离变压器250第二线圈的中间抽头255，将网线供电设备PSE 280输出的网线电压290偶合到网线125的双绞线4-5和双绞线7-8。如此，网线125的双绞线4-5和7-8被用于同时传送来自跳线115的10/100Base-T信号和网线供电设备PSE 280所提供的网线电压290。

参照图3A，该网络复接装置MUX_SW 110不包含一个提供PoE网线电压的网线供电设备PSE而只接受外部输入的PoE网线电压，即经由跳线115从第二I/O端口输入到网络复接装置MUX_SW 110的PoE网线电压。如图3B所示，网络复接装置MUX_SW110由一个或多个信道复接模块300组成。

参照图3B，信道复接模块300以与图2B所示的信道复接模块200相同的方式将跳线105和跳线115所载的10/100Base-T以太网信号分别偶合到网线125的4对双绞线上进行传送。另一方面，信道复接模块300接受来自跳线115以方式A或/和方式B传输的PoE网线电压，将其偶合到网线125的双绞线4-5和7-8上传输。跳线115的网线电压可以由一个终点式(Endpoint)PSE或中间跨接式(Midspan)的PSE提供。由于跳线115的类型可以是直通型(StraightThrough)或交叉型(Cross-Over)，这将导致输入网线电压的极性不同。在该实施例中，采用一个电压极性调整和偶合电路，无论跳线115是载有方式A，方式B或同时载有方式A和方式B的网线电压，均能将其中的一个网线电压偶合到网线125的双绞线4-5和双绞线7-8，以固定的正确极性传输，即双绞线4-5为PoE网线电压的正极性端，双绞线7-8为PoE网线电压的负极性端。

具体地，RJ45插座310的管脚1，2，3和6与RJ45插座330对应的管脚1，2，3和6连接，RJ45插座310的管脚4，5，7和8可以悬空不接，如此，网线125的双绞线1-2和3-6被用以传送来自跳线105的10/100Base-T信号。RJ45插座320的管脚4，5和管脚7，8分别连在一起，再分别与变压器340的中间抽头345和变压器350的中间抽头355连接。如此，跳线115的双绞线4-5和7-8所载的方式B的PoE网线电压便经由RJ45插座330对应的管脚连接到网线125的双绞线4-5和7-8。

另外，变压器340的另一个中间抽头347和变压器350的另一个中间抽头357分别连接于由二极管(Diode)组成的电压极性调整电路360的输入端，其输出端分别与变压器340的中间抽头345和变压器350的中间抽头355连接。该电压极性调整电路360对跳线115的双绞线1-2和3-6所载的方式A的PoE网线电压的电压极性进行相应的调整，以正确的电压极性将其偶合到网线125的双绞线4-5和7-8上。当跳线115同时载有方式A和方式B的PoE网线电压时，这个电压极性调整电路360是不可缺少的。不然，方式A和方式B的网线电压被短路。在本实施例中，当跳线115同时载有方式A和方式B的PoE网线电压时，由于电压极性调整电路360中二极管的电流的单方向性，只有跳线115所载的方式B的PoE电压被偶合到网线125的双绞线4-5和7-8上。

图2A，2B，3A和3B中所示的RJ45插座依据具体实施情况，也可以用其它类型的插座来代替。例如，在把如图2A和2B所示的网络复接装置MUX_SW 110做成一个跳线板(Patch Panel)的情况下，可以用8芯的IDC(InsulationDisplacement Contact)连接头来代替RJ45插座230。

网线125的另一端是一个与信道复接模块200或信道复接模块300对应的终端复接装置MUX_EP 140。终端复接装置MUX_EP 140将网线125所传送的两路10/100Base-T信号和PoE网线电压分成单独的两路线路，分别由跳线引出。一个跳线载有网线105的10/100Base-T信号，与计算机150相联；另一路跳线载有网线115的10/100Base-T信号，同时还载有来自交换机一侧所提供的PoE网线电压，与IP电话机160相联，对IP电话机160供电。

参照图4，一个以太网交换机430与功能等同于图2B所示的一组的信道复接模块和网线供电设备PSE 480集成在一起，安装在同一个机箱内。采用这样的设备，能将已有的以太网交换机作为数据交换机，来建立一个双交换机的局域网，而且实现更高的设备集成度。在功能上，以太网交换机430等同于图1所示的语音交换机130。具体地，RJ45插座410通过跳线105与外部以太网交换机，即数据交换机120相连接；RJ45插座460通过网线125与位于终端设备一侧的终端复接装置MUX-EP 140连接。RJ45插座410和RJ45插座460的对应的管脚1，2，3和6分别连接起来，使跳线105的双绞线1-2和3-6和网线125的对应的双绞线1-2和3-6连接起来。如此，外部的数据交换机120通过跳线105和网线125的双绞线1-2和3-6与计算机150相互通信。内置的以太网交换机430的端口432采用数据链路层(Data Link Layer)的与媒介无关接口MII(Media Independent Interface)，与一个以太网物理层(Physical Layer)器件PHY 420相连接。PHY 420的发送器(Transmitter)通过一个隔离变压器425将其输出信号偶合到RJ45插座460的管脚4-5上；PHY 420的接收器(Receiver)接收通过另一个隔离变压器435所偶合的来自RJ45插座460的管脚7-8的输入信号。如此，内置的以太网交换机430通过网线125的双绞线4-5和7-8与IP电话机160相互通信。另一方面，网线供电设备PSE 480的电压输出端口452的两个连接端分别与变压器425和变压器435的中间抽头连接，将PoE网线电压452加载到网线125的双绞线4-5和7-8上，为IP电话机160供电。

内置以太网交换机430的MII端口434与PHY 445以及相应的信号隔离变压器连接，并通过RJ45插座470成为内置以太网交换机430一个扩展端口(Up-Link Port)。端口434也可以使用GMII(Gigabit MII)或其它类似的数据链路层(Data Link Layer)接口。

RJ45460插座依据具体实施情况，也可以用其它类型的插座来代替。例如，在将如图4所示的设备做成一个具有网线供电设备PSE的双以太网的跳线板(Patch Panel)时，可以用8芯的IDC(Insulation Displacement Contact)连接头来代替RJ45插座460。

参照图5，该实施例为在图4所示的实施例的基础上将另一个作为数据交换机的以太网交换机570也集成在一起，安装在同一个机箱，进一步提高设备的集成度。以太网交换机570的端口572和574采用与媒介有关接口MDI(MediaDependent Interface)，可直接和RJ45插座460和RJ45插座580的管脚连接。这里，RJ45插座580提供了用于太网交换机570的一个扩展端口。图5所示的其它部分电路和图4的电路一样，不再赘述。

参照图6，数据扰码器620(Data Scrambler)接收扰码比特发生器610(Scrambler Bit Generator)输出的一个8比特的随机数SC_n[7:0]615，对8比特的GMII(Gigabit Media Independent Interface)数据，TXD_n[7:0]605，进行扰码处理，输出一个9比特的数据Sd_n[8:0]625，其算法见IEEE标准802.3。根据IEEE标准802.3表40-1和表40-2，该9比特的数据Sd_n[8:0]625通过5级符号映射和极性扰码器630(Quinary Symbols Mapping&Sign Scrambler)的处理被映射成5级符号(TA_n，TB_n，TC_n，TD_n)。该5级符号(TA_n，TB_n，TC_n，TD_n)与扰码比特发生器610的4比特随机数据Sg_n[3:0]635进行扰码操作，形成不含直流DC分量的5级符号(A_n，B_n，C_n，D_n)645。

根据IEEE标准802.3，信号loc_rcvr_status 655是一个二值信号(OK或NOT OK)，表示该物理层器件PHY的本地接收状态。这个二值状态信号通过比特Sd_n[2]传送到远端物理层器件PHY，该远端物理层器件PHY对接收到的比特Sd_n[2]进行解扰码(Descrambling)操作，同时提取出该信号，表示为rem_rcvr_status。

另外，根据IEEE标准802.3，信号tx_mode 665作为一个输入信号，也被用于扰码比特发生器610产生8比特随机数SC_n[7:0]615。信号tx_mode 665由物理介质接入子层PMA(Physical Medium Attachment Sublayer)产生，其信号包括三个数值，SEND_N，SEND_I和SEND_Z，表示物理编码子层PCS的传输模式。在tx_mode＝SEND_N时，其物理编码子层PCS工作于正常传输模式，即传送数据信号，控制信号和5级符号(A_n，B_n，C_n，D_n)中的闲置符号(IDLESymbols)；在tx_mode＝SEND_I时，其物理编码子层PCS只传送闲置符号，用以训练远端的物理编码子层PCS，使远端的物理编码子层PCS进入正常传输模式。

相关地，根据IEEE标准802.3所规定的算法，比特Sd_n[2]和比特Sd_n[3]按照下列的公式而产生：

这里，“^”表示异或(Exclusive OR)的逻辑操作。n表示数据样值序号，对应于数据被取样的时刻。逻辑关系式(tx_enable_n-2＝1)表示有以太网数据包被传送的期间，反之，表示没有以太网数据包被传送的期间。

特别地，在tx_mode＝SEND_N时的正常传输模式下，非数据包被传送的期间被称为帧间休闲期(Inter-Frame Period)。由公式(1)可以看出，在帧间休闲期，比特Sd_n[2]仍是变化的，但是除了一个二值的状态信号loc_rcvr_status外，它不传递任何其它的信息，而且此时的信号loc_rcvr_status＝OK，没有变化；由公式(3)可以看出，在帧间休闲期，比特Sd_n[3]仍是变化的，但是它不传递任何其它的信息；从另一个角度看，根据IEEE标准802.3，在帧间休闲期，不同的Sd_n[2]或Sd_n[3]导致不同的闲置符号，而这些不同的闲置符号本身又不传递任何信息。本发明正是利用这种特性来实现传送带外数据信号而同时不影响原有的以太网信号的传送。根据本发明的一个实施例，带外数据信号按照下面给出的公式加载于对应的比特Sd_n[2]或比特Sd_n[3]而被传送：

这里，“！”表示非(NOT)的逻辑操作。OOB_D_n表示在时刻n的带外数据信号。特别地，在tx_mode＝SEND_N期间，OOB_D_n是对原始的带外信道数据进行适当编码(Encode)后产生的比特流，它既包含了原有的状态信号loc_rcvr_status，也包含了原始的带外信道的数据信号。

根据本发明的一个实施例，使用表1所示的一个4B/5B的编码表，对4比特的原始带外信道数据进行4B/5B编码，使编码后的5比特的码组(Code-Group)既包含了带外信道数据，也包含了原有的本地物理层器件PHY的接收状态loc_rcvr_status。编码后的5比特的码组经过并行/串行转换成比特流，作为OOB_D_n而由Sd_n[2]传送到接收方。

根据表1，在以太网信道的帧间休闲期，任何一个4比特的带外信道数据被转换成一个对应的5B码组来传送；当没有带外信道数据时，一个特殊的IDEL码组“11111”被传送。另外，还需定期传送由码组/I/和/J/组成的码组对，其作用是在编码后的比特流(Bit Stream)中建立码组边界(Code-GroupBoundaries)，用于接收端的解码(Decoding)过程。

由表1所示的编码表可以看出，在没有误码的正常情况下，所形成编码后的带外信号数据码流OOB_D_n中不会连续出现3个以上的零比特。根据这个编码特性，接收端可以从所接收到的带外信号数据码流OOB_D_n中提取来自发送端的信号loc_revr_status，作为接收端的信号rem_revr_status.换句话说，只要在所接收到的带外信号数据码流OOB_D_n中不连续出现3个以上的零比特，rem_rcvr_status＝OK；不然，rem_rcvr_status＝NOT OK。

表1：4B/5B编码表

码组代号	名称	5B码组	4B码	Loc_rcvr_status
					0	Data#0	11110	0000	OK
1	Data#1	01001	0001	OK
					2	Data#2	10100	0010	OK
3	Data#3	10101	0011	OK
					4	Data#4	01010	0100	OK
5	Data#5	01011	0101	OK
					6	Data#6	01110	0110	OK
7	Data#7	01111	0111	OK
					8	Data#8	10010	1000	OK
9	Data#9	10011	1001	OK
					A	Data#A	10110	1010	OK
B	Data#B	10111	1011	OK
					C	Data#C	11010	1100	OK
D	Data#D	11011	1101	OK
					E	Data#E	11100	1110	OK
F	Data#F	11101	1111	OK
					I	IDLE	11111	未定义	OK
J	SSD#1	11000	未定义	OK
					K	SSD#2	10001	未定义	OK
V	无效码组	其它码组	未定义	NOT OK

表1所示的4B/5B编码方式也可以用于对原始带外信道数据编码形成OOB_D_n，编码后的数据OOB_D_n按照公式(4)通过扰码比特Sd_n[3]而被传送。不过，通过比特Sd_n[3]传送带外数据无须考虑传送和接受信号Loc_rcvr_status。

可以看出，当没有带外信号被传送时，公式(3)和(4)分别等同于公式(1)和(2)。这样，按照公式(3)或/和(4)所实现的物理层器件在不用于传送带外数据信号时，与一个标准的1000Base-T的物理层器件兼容。

一般地，也可以使用其它的mB/nB编码方式，8B/10B编码，对带外信道数据进行编码，形成OOB_D_n。这里，这里，m和n为正整数，且m小于n。

参照图7，它是根据公式(3)的一个方框图，进一步说明如何利用比特Sd_n[2]来传送带外信道数据。模块740的4B/5B编码器将4比特的原始带外数据输入OOB_IN_n675编码成5比特的数据；再通过并行/串行转换，将每个5比特的数据转换成串行数据暂时存放于模块740的先进先出(FIFO)存储器；从FIFO输出的串行数据OOB_D_n685输入到改进后的数据扰码器720。改进后的数据扰码器720也同时接受包括数据信号TXD_n[7:0]605，8比特的随机数SC_n[7:0]615，信号loc_rcvr_status 655和信号tx_mode 665，按照公式(3)将编码后的带外数据OOB_D_n685加载于比特Sd_n[2]。除比特Sd_n[2]之外的另外8个扰码比特，即Sd_n[8:3]和Sd_n[1:0]，仍按照IEEE标准802.3所规定的方式而产生。

相类似地，图7所示的方框图也可用于利用比特Sd_n[3]来传送带外信道数据，只是信号loc_rcvr_status不再起作用。具体地说，从FIFO编码输出的串行数据OOB_D_n685输入到改进后的数据扰码器720。改进后的数据扰码器720也同时接受包括数据信号TXD_n[7:0]605，8比特的随机数SC_n[7:0]615和信号tx_mode 665，按照公式(4)将编码后的带外数据OOB_Dn 685加载于比特Sd_n[3]。除比特Sd_n[3]之外的另外8个扰码比特，即Sd_n[8:4]和Sd_n[2:0]，仍按照IEEE标准802.3所规定的方式而产生。

进一步地，比特Sdn[2]和比特Sdn[3]可以同时用来传送带外数据信号，以取得更快的带外数据的传送速度。

根据IEEE标准802.3，GMII数据TXD_n[7:0]的传送时钟的频率是125MHz。对应地，单独使用比特Sd_n[2]或Sd_n[3]来传送带外信道数据的码率为：125Mbpsx 0.8＝100Mbps，这是所能达到的最大码率。这里，系数0.8是4B/5B编码的编码效率。相应地可以计算出，当1000Base-T数据信号在以最小帧间休闲期连续传送具有最长长度以太网数据包(1522字节)时，所能达到的带外信道的传送码率约为778Kbps，这是所能达到的最小码率。若同时使用比特Sd_n[2]和Sd_n[23]来传送带外信道数据时，传送码率会相应地增加。

因为传送一路IP电话语音所需要的码率一般低于100Kbps，所以这样形成的带外信道可以传送至少一路语音信号；也可以传送视频，实现可视通信，如IP可视电话。

简而言之，依照公式(3)和(4)以及图7，使用1000Base-T信号时“闲置”的带宽来传送带外数据信号。

参照图8，所示的流程图的流程由下列步骤组成：

步骤810：语音交换机的一个端口与一个终端设备连接的链路被激活(LinkUp)。

步骤820：是否接收到第一个好数据包？如是，去步骤830；如不是，继续等待。一个好数据包指的是没有误码，数据完整的数据包。

步骤830：检查这个数据包的源物理地址(Source MAC Address)是否属于所容许的设备的源物理地址。如是，去步骤850；如不是，去步骤840。

步骤840：拒绝发送该数据包，返回步骤820。

步骤850：语音交换机根据该数据包的目的物理地址(Destination MACAddress)将这个数据包从对应的端口发送出去，同时，这个数据包的源物理地址REF SA作为成为该端口容许的唯一源物理地址而被记忆。去步骤860。

步骤860：是否接收到好数据包？如是，去步骤870；如不是，继续等待。

步骤870：接收到的数据包是否来自同一个终端设备？如是，去步骤890；如不是，去步骤880；

步骤880：拒绝该数据包，返回步骤860。

步骤890：语音交换机根据该数据包的目的物理地址(Destination MACAddress)将这个数据包从对应的端口发送出去，返回步骤860。

该流程实现了对终端设备的接入控制，同时，它也使语音交换机的一个端口只接收和转发来自一个所容许的终端设备，如一个IP电话机的数据包，以建立终端设备物理地址和语音交换机的端口号间的一一对应的关系。根据这种一一对应的关系，可以对IP电话机定位。

另外，语音交换机用于物理地址匹配的地址数据库，既可以是位于语音交换机上的本地数据库，也可以是位于网络中一个服务器上的远端数据库。

根据本发明的基于双信道通信的局域网不仅限于IP电话通信，它也可以有其它的应用。例如，可以使用带外信道所构成的一个附属以太网(Auxiliary LAN)作为以太网信道所构成的主以太网(Primary LAN)的控制平面(ControlPlane)，来实现各种终端设备对主以太网的接入控制。

Claims (12)

1.一种网络通信装置，其特征在于：包括信道复接模块，该信道复接模块包括：

1)一个第一输入输出I/O端口，用于连接一个第一通信设备；

2)一个第二I/O端口，用于连接一个第二通信设备；

3)一个第三I/O端口，用于通过一个4对双绞线的网线连接位于所述网线另一端的一个终端复接装置，所述的终端复接装置也连接一个第一终端装置和一个第二终端装置；

4)一个复接电路，分别连接所述的第一，第二和第三I/O端口并在所述的网线上形成一个以太网信道和一个高速带外信道；

所述的第一通信设备通过所述的以太网信道与所述的第一终端装置通信，所述的第二通信设备通过所述的带外信道与所述的第二终端装置通信，从而使得两路数据信号相互隔离。

2.根据权利要求1所述的网络通信装置，其特征在于：所述的第一和第二通信设备均分别是以太网交换机，所述的第一终端装置是个人计算机，所述的第二终端装置是IP电话机。

3.根据权利要求1或2所述的网络通信装置，其特征在于：所述的网络通信装置还包括一个网线供电设备PSE，其输出的网线电压被偶合到所述的网线中的2对双绞线上，为所述的第二终端装置供电。

4.根据权利要求1或2所述的网络通信装置，其特征在于：具有一个电压极性调整和偶合电路，使外部输入的电压极性可变的网线电压以IEEE标准802.3所规定的电压极性偶合到所述的网线中的2对双绞线上，为所述的第二终端装置供电。

5.根据权利要求1所述的网络通信装置，其特征在于：所述的以太网信道使用所述网线中IEEE标准802.3规定的2对双绞线以10/100Base-T方式传送其数据信号；所述的带外信道使用所述的网线中闲置不用的2对双绞线以10/100Base-T方式传送其数据信号。

6.根据权利要求1所述的网络通信装置，其特征在于：所述的网络通信装置还包括一个以太网交换机，作为所述的第二通信设备，安装在同一个机箱内。

7.根据权利要求1所述的网络通信装置，其特征在于：所述的网络通信装置还包括两个以太网交换机，分别作为所述的第一和第二通信设备，安装在同一个机箱内。

8.根据权利要求1所述的网络通信装置，其特征在于：所述的第二通信设备是一个交换机，通过所述的带外信道只接收和转发来自一个合法终端装置的数据包，用于实现终端装置的接入控制和定位的功能。

9.根据权利要求1或2所述的网络通信装置，其特征在于：所述的以太网信道使用所述网线的4对双绞线传送以太网数据信号；所述带外信道在所述的以太网数据信号传送的帧间休闲期传送带外数据信号。

10.根据权利要求9所述的网络通信装置，其特征在于：所述的以太网数据信号符合千兆比特率以太网1000Base-T的要求，使用1000BASE-T中的扰码比特(Bit)Sd_n[2]和/或者比特Sd_n[3]传送带外数据信号，其中，比特Sd_n[2]和Sd_n[3]符合IEEE标准803.2的定义。

11.根据权利要求10所述的网络通信装置，其特征在于：使用下列公式将带外数据信号加载于比特Sd_n[2]和/或者Sd_n[3]中：

这里，OOB_D_n表示被经过一种编码方法处理后的带外信道数据；“！”是“非”的逻辑操作符；其它符号符合IEEE标准803.2的定义。

12.根据权利要求11所述的网络通信装置，其特征在于：所述的编码方法是mB/nB编码，包括4B/5B编码。这里，m和n为正整数，且m小于n。

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