CN107948101A - 一种长距离工业以太网传输的交换机和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长距离工业以太网传输的交换机和方法，所述交换机包括电源模块、Cortex‑A9 CPU、SWITCH、PHY、逻辑芯片、控制端口和业务端口；其特征在于，所述PHY为BroadR‑Reach PHY，所述BroadR‑Reach PHY与交换机的MAC层建立数据通信，二者之间的接口形式为S3MII。本发明的交换机为基于BroadR‑Reach驱动技术的工业交换机，其优点是：无需加入额外设备中继交换机、光纤收发器及光缆，通过普通CAT5线缆传输100Mbps以太网，传输距离远至500米，具有降低网络传输时延、节约成本、方便现场布线和稳定高效运行等优势。

Description

一种长距离工业以太网传输的交换机和方法

技术领域

本发明属于以太网通信领域，具体涉及一种长距离工业以太网传输的交换机和方法。

背景技术

在当前以太网通信应用中，无论是10Mbps传输速率的CAT3电缆，该线缆的传输频率16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输主要用于10BASE-T；还是100Mbps传输速率的CAT5e线缆，该线缆的传输频率为100MHz，具有衰减小、串扰少，并且具有更高信噪比、更小的时延，性能得到很大提高；甚至1000Mbps传输速率的六类线缆，传输频率为250MHz，适用于千兆以太网的应用。这几类线缆有一共同点，其最远有效传输距离为100米。在工业综合布线规范中，也明确要求水平布线不能超过90米，链路总长度不能超过100米。也就是说，100米对于有线以太网而言是一个极限，这个极限是从交换机到集线设备或者终端设备的链路长度。一般通信距离超过100米后，网线传输就会不稳定，IEEE802.3之所以规定双绞线最大传输极限为100米，是因为信号在双绞线中传输时，信号间的串扰，也会受到外界电磁波的干扰，还会由于电阻和电容的原因而导致信号衰减或畸变，距离过长后累积的信号衰减将不能保证信号稳定地传输。信号衰减是信号损失度量，其与线缆的长度有关系，随着长度的增加，信号衰减也随之增加。衰减用db作单位，表示源传送端信号到接收端信号强度的比率，衰减随频率而变化。在超过百米的有线通讯应用中，大多通过以下两种方法实现：

1、交换机A和交换机B设备之间的线路中接入交换机，利用交换机来做中继，通讯距离大约200米，也可通过在两段双绞线电缆间安装中继器的方法来实现距离延展，在同一线路中可安装4个中继器，这样便可使网络的传输距离可达500米；其结构如图1所示。

2、利用光纤具有长距离通信的特点，使用光纤收发器将电信号转换成光信号，最终到达后再使用光纤收发器转换回电信号。根据使用不同的光纤及收发器，传输距离可以支持几百米到百公里的传输，并且能保证10/100/1000M的速度；其结构如图2所示。

以上两种方法可以实现长距离网络传输，缺点也显而易见的：

1、投入和维护成本高；

2、降低了***的可靠性；

3、布线工作复杂，不易管理，造成施工周期延长；

4、网网络设计困难增加，有源中继和光纤设备需要外置电源

5、网络传输延迟大。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种长距离工业以太网传输的交换机，其有效解决了现有技术中存在的问题。本发明的另一目的在于提供一种长距离工业以太网传输的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种长距离工业以太网传输的交换机，所述交换机包括电源模块、Cortex-A9CPU、SWITCH、PHY、逻辑芯片、控制端口和业务端口；所述PHY为BroadR-Reach PHY，所述BroadR-Reach PHY与交换机的MAC层建立数据通信，二者之间的接口形式为S3MII；所述BroadR-Reach PHY设置有BR PORT0-PORT7共8个接口。

进一步，所述S3MII的TX参考时钟和同步时钟由MAC芯片提供，RX参考时钟和同步时钟由PHY芯片提供。

一种长距离工业以太网传输的方法，所述方法为：在需要长距离工业以太网传输的两端分别设置一台所述交换机，其中一台为主设备，另一台为从设备，主设备通过BRPORT0-PORT 7任意一个口和从设备的BR PORT0-PORT 7任意一个口互联；传输电缆是标准Cat5类8芯UTP双绞线。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明的交换机为基于BroadR-Reach驱动技术的工业交换机，其优点是：无需加入额外设备中继交换机、光纤收发器及光缆，通过普通CAT5线缆传输100Mbps以太网，传输距离远至500米，具有降低网络传输时延、节约成本、方便现场布线和稳定高效运行等优势。

附图说明

图1为现有技术中一种实现超过百米的有线通讯方法的结构示意图；

图2为现有技术中另一种实现超过百米的有线通讯方法的结构示意图；

图3为本发明的长距离工业以太网传输的交换机的内部结构示意图；

图4为本发明的BroadR-Reach PHY与交换机的MAC层建立数据通信的结构示意图；

图5为本发明的长距离工业以太网传输的方法的连接示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

如图3所示，本发明提供了一种长距离工业以太网传输的交换机，该交换机包括电源模块、Cortex-A9CPU、SWITCH、PHY、逻辑芯片、控制端口和业务端口；其中，电源模块通过DC-DC变换后给板上所有模块供电；CPU负责***管理、外设芯片控制、交换芯片配置和报文转发等工作，可用于转发的控制，主要维护一些软件表项(包括软件路由表、软件ARP表等)，并根据软件表项的转发信息来配置SWITCH的硬件二层三层转发表。当然，CPU本身也可以完成软件三层转发；SWITCH主要负责与BroadR-Reach PHY数据通讯、完成主要的二三层转发功能，内部包含用于二层转发的MAC地址表以及用于IP转发的三层转发表以及通过MDC、MDIO管理外部PHY芯片；BroadR-Reach PHY功能为数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向MAC层提供标准接口，与MAC层建立数据通信，接口形式为S3MII，S3MII即Source Sync Serial MII，源同步串行MII接口；如图4所示，S3MII的TX参考时钟和同步时钟由MAC芯片提供，RX参考时钟和同步时钟由PHY芯片提供；FPGA两个作用：1、用于将交换芯片LED_DATA/LED_CLK串行点灯信号转换为并行信号点灯，2、用于上电reset各逻辑芯片，CPU、SWITCH、DDR、Nor Flash、PHY等；Console端口使用专用配置线连接至计算机的串口，利用终端仿真程序(如Windows下超级终端)进行交换机的本地配置，其接口类型为RJ45；MGMT为网管口，用于本地CPU程序升级。BroadR-Reach PHY设置有BRPORT0-PORT 7共8个接口。

如图5所示，本发明还提供了一种长距离工业以太网传输的方法，该方法为：在需要长距离工业以太网传输的两端分别设置一台所述交换机，其中一台为主设备MASTER，另一台为从设备SLAVE，主设备通过BR PORT0-PORT 7任意一个口和从设备的BR PORT0-PORT7任意一个口互联；传输电缆是标准Cat5类8芯UTP双绞线，可将10/100M太网信号仅通过标准8芯双绞线缆实现网络连通延长至大于500米，中间无需任何中继器，具有降低网络传输时延、节约成本、方便现场布线和稳定高效运行等优势。完全替代中继交换机和光纤收发器的方式。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种长距离工业以太网传输的交换机，所述交换机包括电源模块、Cortex-A9CPU、SWITCH、PHY、逻辑芯片、控制端口和业务端口；其特征在于，所述PHY为BroadR-Reach PHY，所述BroadR-Reach PHY与交换机的MAC层建立数据通信，二者之间的接口形式为S3MII；所述BroadR-Reach PHY设置有BR PORT0-PORT 7共8个接口。

2.根据权利要求1所述的长距离工业以太网传输的交换机，其特征在于，所述S3MII的TX参考时钟和同步时钟由MAC芯片提供，RX参考时钟和同步时钟由PHY芯片提供。

3.一种使用权利要求1-2任一所述的长距离工业以太网传输的交换机进行长距离工业以太网传输的方法，其特征在于，所述方法为：在需要长距离工业以太网传输的两端分别设置一台所述交换机，其中一台为主设备，另一台为从设备，主设备通过BR PORT0-PORT 7任意一个口和从设备的BR PORT0-PORT7任意一个口互联；传输电缆是标准Cat5类8芯UTP双绞线。