專利名稱：一種安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)切換裝置，尤指一種用于安全網(wǎng)絡(luò)通信中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò) 切換裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)以太網(wǎng)重點(diǎn)在于利用交換式以太網(wǎng)技術(shù)為控制器和操作站，各種工作站之間 的相互協(xié)調(diào)合作提供一種交互機(jī)制并和上層信息網(wǎng)絡(luò)無縫集成。目前工業(yè)以太網(wǎng)開始在監(jiān) 控層網(wǎng)絡(luò)上逐漸占據(jù)主流位置，正在向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)滲透。工業(yè)以太網(wǎng)相對(duì)于以往自動(dòng) 化技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，然而事物是相對(duì)的，在我們享受開放互聯(lián)技術(shù)進(jìn)步的成果同時(shí)應(yīng)該對(duì) 它們存在的隱患和可能帶來的嚴(yán)重后果要有深刻認(rèn)識(shí)。因此工業(yè)以太網(wǎng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系 統(tǒng)，實(shí)時(shí)性要求高，網(wǎng)絡(luò)傳輸要有確定性；整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)按功能可分為處于管理層的通用以 太網(wǎng)和處于監(jiān)控層的工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層(如現(xiàn)場(chǎng)總線)。管理層通用以太網(wǎng)可以 與控制層的工業(yè)以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，上下網(wǎng)段采用相同協(xié)議自由通信；工業(yè)以太網(wǎng)中周期與 非周期信息同時(shí)存在，各自有不同的要求。周期信息的傳輸通常具有順序性要求，而非周期 信息有優(yōu)先級(jí)要求，如報(bào)警信息是需要立即響應(yīng)的；工業(yè)以太網(wǎng)要為緊要任務(wù)提供最低限 度的性能保證服務(wù)，同時(shí)也要為非緊要任務(wù)提供盡力服務(wù)，所以工業(yè)以太網(wǎng)同時(shí)具有實(shí)時(shí) 協(xié)議也具有非實(shí)時(shí)協(xié)議。應(yīng)用于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)(RPS)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)屬于IE級(jí)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱安全網(wǎng)絡(luò)通 信，對(duì)于實(shí)現(xiàn)RPS的安全性，可靠性和實(shí)時(shí)性具有重要的影響。在《NUREG/CR-6082Data Communications))中，明確給出了對(duì)一個(gè)通信系統(tǒng)審查時(shí)需要滿足的條件。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在大量工控場(chǎng)合得到應(yīng)用，工業(yè)以太網(wǎng)相對(duì)于普通網(wǎng)絡(luò)的要求主 要體現(xiàn)在實(shí)時(shí)性和確定性方面。目前業(yè)界的一般做法就是提供一個(gè)全局時(shí)鐘，根據(jù)這個(gè)全 局時(shí)鐘來提高通信的確定性。有了全局時(shí)鐘，各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)事先都給定一定的約束條件， 這樣各個(gè)節(jié)點(diǎn)就在約定的時(shí)間發(fā)包和收包?，F(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)全局時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)方法有IEEE 1588等，其主要原理就是利用通信信道的富余帶寬來傳送全局時(shí)鐘信息，來實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)功能。 IEEE 1588的功能相當(dāng)于OSI數(shù)據(jù)鏈路層上直接加應(yīng)用層的功能，實(shí)現(xiàn)時(shí)需要通信節(jié)點(diǎn)上 的軟件或較復(fù)雜的FPGA來配合。由此可見，IEEE1588的缺點(diǎn)就是較復(fù)雜，需要一定的軟件 和硬件資源。對(duì)于安全數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來講，最關(guān)注的有三個(gè)方面安全性，可靠性和性 能。對(duì)通信的確定性要求，可大大提高安全數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的安全性和可靠性。本發(fā)明通過 對(duì)通信各個(gè)信道進(jìn)行定時(shí)切換，從而保證了通信的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，明確了通信的發(fā)送方和接 收方。配合切換的動(dòng)作，再向通信雙方發(fā)出可發(fā)出數(shù)據(jù)的信號(hào)，以保證通信的完成。在通信 切換的電路中，明確了電氣的通路，由此保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)。而在安全級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信中， 其軟件和硬件是有一定要求的，服務(wù)于IEEE1588的軟硬件提高了系統(tǒng)復(fù)雜度，降低了系統(tǒng) 可靠性。本發(fā)明針對(duì)安全級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信，在一個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中并不需要一個(gè)統(tǒng)一的全局時(shí)鐘，而通過一定的分時(shí)切換來提高通信的確定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)(RPS)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)IF級(jí)系統(tǒng) 的安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置，提高數(shù)據(jù)通信的可靠性。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)手段是由切換模塊和多個(gè)通信節(jié)點(diǎn) 通過通信電路構(gòu)成，其中切換模塊由多個(gè)物理層收發(fā)器和復(fù)雜可編程器組成，物理層收發(fā) 器和復(fù)雜可編程器使用媒介無關(guān)信號(hào)MII接口連接，其特征在于各通信節(jié)點(diǎn)中由物理層收 發(fā)器、先進(jìn)先出存儲(chǔ)器和復(fù)雜可編程器組成；所述的節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器與切換模塊的物理層收發(fā)器連接；所述的先進(jìn)先出存儲(chǔ)器與節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器連接；所述的節(jié)點(diǎn)復(fù)雜可編程器與先進(jìn)先出存儲(chǔ)器連接，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜可編程器與節(jié)點(diǎn)物理 層收發(fā)器連接。節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器與切換模塊的物理層收發(fā)器之間用以太網(wǎng)光纖或以太網(wǎng)網(wǎng)線 進(jìn)行連接。先進(jìn)先出存儲(chǔ)器通過MII總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給物理層收發(fā)器器件，MII總線是兩者 的連接通道。通信節(jié)點(diǎn)中復(fù)雜可編程器通過MII總線接口與物理層收發(fā)器PHY連接。物理層收發(fā)器中的MII發(fā)出的信號(hào)來自于先進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸出口。先進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸入來自于節(jié)點(diǎn)的鏈路層器件。網(wǎng)絡(luò)切換裝置兩邊的其中一邊的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過主切換模塊依次與另一邊的節(jié)點(diǎn) 逐個(gè)接通。安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置的方法包括以下步驟a切換模塊中的復(fù)雜可編程控制器確定與切換模塊連接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；b通過固定周期與連接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的比值來確定時(shí)間段；c確定時(shí)間段后復(fù)雜可編程控制器按照每個(gè)時(shí)間段對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)依次逐個(gè)導(dǎo)通；d導(dǎo)通后的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。經(jīng)過上述的手段，本發(fā)明所帶來的有益效果是通過分時(shí)切換和FIFO器件的配合 來提高通信的確定性，應(yīng)用硬件及邏輯算法的判斷，不采用軟件與硬件的結(jié)合來降低系統(tǒng) 的不確定性，滿足了實(shí)現(xiàn)RPS的安全性，可靠性和實(shí)時(shí)性。為了能夠?qū)Ρ景l(fā)明有一個(gè)詳細(xì)了解，特舉一較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明。


圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的4個(gè)通信節(jié)點(diǎn)與主切換模塊的模塊圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明由切換主模塊和通信節(jié)點(diǎn)相關(guān)通信電路構(gòu)成，如圖1與圖2所示。其主要器件是PHY，CPLD,以及FIFO。PHY是10/100M以太網(wǎng)物理層收發(fā)器的簡(jiǎn)稱，主要完成媒介 信號(hào)和MII (媒介無關(guān)信號(hào))信號(hào)的轉(zhuǎn)換，PHY的功能完全符合IEEE802.3，具體功能可參 照相關(guān)廠商的產(chǎn)品手冊(cè)或IEEE802. 3。CPLD是復(fù)雜可編程器件的簡(jiǎn)稱，實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯的功 能。FIFO是先進(jìn)先出的意思，F(xiàn)IFO器件內(nèi)部有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，讀寫操作是分離的，這樣實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的異步傳輸。FIFO通過MII總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給PHY器件，MII總線就是兩者的連接通 道。MII總線是802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一種數(shù)據(jù)總線，類似于并行總線，是數(shù)字信號(hào)。在這里是 單向的，只能是FIFO到PHY。切換模塊和多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)通過通信電路構(gòu)成，其中切換模塊由多個(gè)物理層收發(fā)器 PHY和復(fù)雜可編程器CPLD組成，物理層收發(fā)器PHY和復(fù)雜可編程器CPLD使用MII (媒介無 關(guān)信號(hào))接口連接，其特征在于各通信節(jié)點(diǎn)中由物理層收發(fā)器PHY、先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO和 復(fù)雜可編程器CPLD組成；所述的節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器PHY與切換模塊的物理層收發(fā)器PHY連 接；所述的先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO與節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器PHY ；所述的節(jié)點(diǎn)復(fù)雜可編程器CPLD 與先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO連接，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜可編程器CPLD與節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器PHY連接。節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器PHY與切換模塊的物理層收發(fā)器PHY之間用以太網(wǎng)光纖或以太 網(wǎng)網(wǎng)線進(jìn)行連接；FIFO通過MII總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給物理層收發(fā)器PHY器件，MII總線是兩者 的連接通道；通信節(jié)點(diǎn)中CPLD通過MII總線接口與物理層收發(fā)器PHY連接；物理層收發(fā)器 PHY中的MII發(fā)出的信號(hào)來自于先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO的輸出口 ；先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO的 輸入來自于節(jié)點(diǎn)的鏈路層器件。在主切換模塊上，PHY的MII 口連接到CPLD，而媒介口對(duì)外與通信節(jié)點(diǎn)相連。由 于MII 口是類似于并行總線的數(shù)字信號(hào)，所以可以連接到CPLD，并進(jìn)行處理。CPLD分時(shí)來 連接不同的PHY，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)讓兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連通。如圖3所示，主切換模塊中CPLD確定節(jié) 點(diǎn)的連接個(gè)數(shù)，通過連接個(gè)數(shù)將時(shí)間分為與連接個(gè)數(shù)相等的時(shí)間段，在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)將 兩邊節(jié)點(diǎn)的其中一邊的節(jié)點(diǎn)逐個(gè)依次的與另一邊的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)通進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換。在主切換 模塊CPLD中處理4個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通分為4個(gè)時(shí)間段，在時(shí)間段1讓節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)A分別對(duì)應(yīng) 的PHY連通；在時(shí)間段2讓節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)B分別對(duì)應(yīng)的PHY連通；在時(shí)間段3讓節(jié)點(diǎn)2和 節(jié)點(diǎn)A分別對(duì)應(yīng)的PHY連通；在時(shí)間段4讓節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)B分別對(duì)應(yīng)的PHY連通。依據(jù)這 樣的循環(huán)就可實(shí)現(xiàn)4個(gè)節(jié)點(diǎn)的周期性連通。與主切換模塊有N個(gè)節(jié)點(diǎn)連接時(shí)，主模塊中的 CPLD處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通分為多個(gè)時(shí)間段，在每個(gè)時(shí)間段上分別將各節(jié)點(diǎn)之間導(dǎo)通交換數(shù) 據(jù)。這樣循環(huán)就可實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)周期性連通。主切換模塊的另一個(gè)重要的功能就是配合切換來發(fā)送特殊包給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。如圖 3所示，在時(shí)間段1，CPLD會(huì)發(fā)出這個(gè)包到節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)A。這個(gè)特殊的包，可以通過PHY， 但是不符合以太網(wǎng)鏈路層規(guī)格，所以通信節(jié)點(diǎn)可以通過鏈路層器件來阻擋該數(shù)據(jù)包。在通信節(jié)點(diǎn)上，PHY的媒介口對(duì)外與主切換模塊相連。而PHY的MII 口收發(fā)有不同 的處理，其收直接連到節(jié)點(diǎn)的鏈路層器件；其發(fā)來自于FIFO的輸出口，F(xiàn)IFO的輸入則來自 節(jié)點(diǎn)的鏈路層器件。CPLD監(jiān)聽MII接收端的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)是特殊包時(shí)，則發(fā)出信號(hào)，讓FIFO 發(fā)出儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。正常數(shù)據(jù)時(shí)，CPLD沒有動(dòng)作，數(shù)據(jù)直接到達(dá)鏈路層器件。
權(quán)利要求
1.一種安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置，由切換模塊和多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)通過通信電路構(gòu)成，其中切換 模塊由多個(gè)物理層收發(fā)器和復(fù)雜可編程器組成，物理層收發(fā)器和復(fù)雜可編程器使用媒介無 關(guān)信號(hào)MII接口連接，其特征在于各通信節(jié)點(diǎn)中由物理層收發(fā)器、先進(jìn)先出存儲(chǔ)器和復(fù)雜 可編程器組成；所述的節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器與切換模塊的物理層收發(fā)器連接； 所述的先進(jìn)先出存儲(chǔ)器與節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器連接；所述的節(jié)點(diǎn)復(fù)雜可編程器與先進(jìn)先出存儲(chǔ)器連接，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜可編程器與節(jié)點(diǎn)物理層收 發(fā)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置，其特征在于節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器與切換模 塊的物理層收發(fā)器之間用以太網(wǎng)光纖或以太網(wǎng)網(wǎng)線進(jìn)行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置，其特征在于是先進(jìn)先出存儲(chǔ)器通過MII 總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給物理層收發(fā)器器件，MII總線是兩者的連接通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置，其特征在于通信節(jié)點(diǎn)中復(fù)雜可編程器通 過MII總線接口與物理層收發(fā)器PHY連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置，其特征在于物理層收發(fā)器中的MII發(fā)出 的信號(hào)來自于先進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置，其特征在于先進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸入 來自于節(jié)點(diǎn)的鏈路層器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置，其特征在于網(wǎng)絡(luò)切換裝置兩邊的其中一 邊的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過主切換模塊依次與另一邊的節(jié)點(diǎn)逐個(gè)接通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任意一項(xiàng)安全網(wǎng)絡(luò)切換裝置的方法包括以下步驟 a切換模塊中的復(fù)雜可編程控制器確定與切換模塊連接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；b通過固定周期與連接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的比值來確定時(shí)間段； c確定時(shí)間段后復(fù)雜可編程控制器按照每個(gè)時(shí)間段對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)依次逐個(gè)導(dǎo)通； d導(dǎo)通后的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于安全網(wǎng)絡(luò)通信中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò)切換裝置，其結(jié)構(gòu)包括由切換模塊和通信節(jié)點(diǎn)通過通信電路構(gòu)成，其中切換模塊由多個(gè)物理層收發(fā)器和復(fù)雜可編程器組成，物理層收發(fā)器和復(fù)雜可編程器使用MII(媒介無關(guān)信號(hào))接口連接，其特征在于各通信節(jié)點(diǎn)中由物理層收發(fā)器、先進(jìn)先出存儲(chǔ)器和復(fù)雜可編程器組成；所述的節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器與切換模塊的物理層收發(fā)器連接；所述的先進(jìn)先出存儲(chǔ)器與節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器；所述的節(jié)點(diǎn)復(fù)雜可編程器與先進(jìn)先出存儲(chǔ)器連接，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜可編程器與節(jié)點(diǎn)物理層收發(fā)器連接。先進(jìn)先出存儲(chǔ)器器件在不使用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的非同步，很大程度的提高了系統(tǒng)的可靠性；該裝置中沒有復(fù)雜的協(xié)議提高了通信的確定性。
文檔編號(hào)H04L12/24GK102082679SQ20091023871
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者徐曉冬, 朱毅明, 高超 申請(qǐng)人:中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司, 北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司