一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统及通信方法
【专利摘要】一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统及通信方法，组网系统有上位机和一个以上的下位机，上位机通过光近端机分别连接用于与下位机进行通信的上行光纤和下行光纤，一个以上的下位机分别各自通过一个光远端机连接用于与上位机进行通信的上行光纤和下行光纤。通信方法，上位机和所有下位机通过自定义的通信协议帧格式进行通信，通信协议帧格式包括：帧头同步字；接收单元的编号；数据类型；数据长度；数据。本发明实现了多点之间的相互通信，使用自定义的通信协议避免了简单光纤通信网络中使用CSMA/CD技术、TCP/IP协议，极大地降低了成本并显著地降低了其复杂度。本发明适用于比较简单的多点之间光纤通信，实现了灵活而高效的组网方式。
【专利说明】一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统及通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种网络通信。特别是涉及一种通过光端机之间的双向通信建立一种基本的总线型网络拓扑结构，利用自定义的通信协议实现数字信号在光纤中的双向传输的总线型网络中双向光纤通信的组网系统及通信方法。
【背景技术】
[0002]光纤通信是现代通信网的主要传输手段，对现代通信起到非常重要的作用。在不同的应用场合下，需要选择不同的光纤组网技术。比如点对点通信适用于两点之间有稳定大业务的场合，总线型网络不仅适用于两点之间有稳定大业务的场合，还适用于沿途有频繁业务上下的场合。因此，在实际的应用场合选择合适的组网技术是很重要的。组网技术中主要考虑到网络结构、通信协议、设备类型、业务容量等因素。光纤组网结构比较灵活，现代光纤通信网络中常见的通信方式是点对点通信，该组网方式比较简单，并且通信端点之间不存在访问共享介质冲突的问题。若要实现多点之间的通信，则必须要解决多个通信端点共享介质冲突的问题。可以在多点之间的光纤通信中建立起特定的网络，使得整个网络使用相同的通信协议，比如计算机网络中组建的以太网，在整个以太网中使用TCP/IP、NETBEUI或者IPX/SPX通信协议，以太网使用的CSMA/⑶(载波监听多路访问及冲突检测)技术可以有效地避免共享介质冲突的问题，使用的TCP/IP协议可以有效地实现多点之间的相互通信，但是此种方法对于某些比较简单的光纤通信应用来讲，增加了系统的复杂度和成本。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，提供一种使用自定义的组网协议来实现多点之间的光纤通信的总线型网络中双向光纤通信的组网系统及通信方法。
[0004]本发明所采用的技术方案是:一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统，包括有上位机和I个以上的下位机，所述的上位机通过光近端机分别连接用于与下位机进行通信的上行光纤和下行光纤，所述的I个以上的下位机分别各自通过一个光远端机连接用于与上位机进行通信的上行光纤和下行光纤。
[0005]所述的光近端机包括有第一可编程逻辑器件和与第一可编程逻辑器件电连接的第一光模块，其中，所述的第一可编程逻辑器件电连接上位机，所述的第一光模块分别连接上行光纤和下行光纤。
[0006]所述的光远端机包括有第二可编程逻辑器件和与第二可编程逻辑器件电连接的第二光模块，其中，所述的第二可编程逻辑器件电连接下位机，所述的第二光模块分别连接上行光纤和下行光纤。
[0007]一种用于总线型网络中双向光纤通信的组网系统的通信方法，上位机和所有下位机通过自定义的通信协议帧格式进行通信，所述的通信协议帧格式包括:帧头同步字，用于标识帧的起始；接收单元的编号，用于对接收单元地址进行配置，根据不同的应用要求将接收单元编号配置成广播地址、组播地址和点对点通信地址；数据类型，用于说明传送的是什么类型的数据；数据长度，用于说明实际有效数据的长度；数据，是实际有效数据所要传送的内容。
[0008]所述的数据类型包括普通的数字视频数据和普通的数字音频数据，或是状态查询值和控制命令。
[0009]上位机的通信方式包括如下步骤:
[0010]I)设备初始化:
[0011]2)地址配置，给上位机设定唯一的一个编号；
[0012]3)上位机广播数字信息到下位机，并进入等待状态；
[0013]4)在等待状态下判断是否接到上位机需要与某个下位机进行通信的指令，是进入下一步骤，否则仍处于等待状态；
[0014]5)发送建立连接数据包并且等待下位机应答；
[0015]6)若在规定的计数值内没有收到下位机的应答数据包，则进入步骤8)，若收到下位机的应答数据包，则进入步骤7)；
[0016]7)与下位机进行通信，并且产生通信结束数据包或者接受下位机的通信结束数据包。
[0017]8)通信结束，返回步骤3)的等待状态中。
[0018]步骤6)所述的计数值是指在计数器中设定的上位机所发送建立连接数据包的次数。
[0019]步骤6)中还包括当上位机发送数据包后下位机没有应答时，计数器值减I。
[0020]下位机的通信方式包括如下步骤:
[0021]I)设备初始化:
[0022]2)地址配置，给每一个下位机设定唯一的一个编号；
[0023]3)接收上位机广播的数字信息，并进入等待状态；
[0024]4)在等待状态下判断是否接收到上位机发送的建立连接数据包，是进入下一步骤，否则返回步骤3)的等待状态；
[0025]5 )发送建立连接应答数据包给上位机；
[0026]6)与上位机进行通信，并且产生通信结束数据包或者接受上位机的通信结束数据包；
[0027]7)通信结束，返回步骤3)的等待状态。
[0028]本发明的一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统及通信方法，利用光端机之间的双向通信以及自定义的通信协议组建了一种总线型网络结构。有效地解决了多个通信端点共享介质冲突的问题，实现了多点之间的相互通信，同时使用自定义的通信协议避免了简单光纤通信网络中使用CSMA/⑶技术、TCP/IP协议等复杂、开销大、代价高等缺点。本发明适用于比较简单的多点之间光纤通信，实现了灵活而高效的组网方式，极大地降低了成本并显著地降低了其复杂度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明的整体结构示意图；[0030]图2是本发明的通信协议帧格式示意图；
[0031]图3是本发明中上位机的工作流程图；
[0032]图4是本发明中下位机的工作流程图。
[0033]图中
[0034]1:上位机2:光近端机
[0035]3:下行光纤4:上行光纤
[0036]5:光远端机6:下位机
[0037]21:第一可编程逻辑器件 22:第一光模块
[0038]51:第二可编程逻辑器件 52:第二光模块
【具体实施方式】
[0039]下面结合实施例和附图对本发明的一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统及通信方法做出详细说明。
[0040]本发明的一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统，涉及到的通信设备主要是光端机和光纤，整个系统通过在光端机之间建立双向连接来实现双向通信。整个系统采用总线型的网络拓扑结构，由上位机和多个下位机组成，分为上行链路和下行链路。
[0041]如图1所示，本发明·的一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统，包括有上位机I和下位机6，所述的上位机I通过光近端机2分别连接用于与下位机6进行通信的上行光纤4和下行光纤3，所述的下位机6通过光远端机5分别连接用于与上位机进行通信的上行光纤4和下行光纤3。这里所述的上行光纤4构成上行链路，下行光纤3构成下行链路。
[0042]所述的光近端机2包括有第一可编程逻辑器件21和与第一可编程逻辑器件21电连接的第一光模块22，其中，所述的第一可编程逻辑器件21电连接上位机I，所述的第一光模块22分别连接上行光纤4和下行光纤3。
[0043]所述的光远端机5包括有第二可编程逻辑器件51和与第二可编程逻辑器件51电连接的第二光模块52，其中，所述的第二可编程逻辑器件51电连接下位机6，所述的第二光模块52分别连接上行光纤4和下行光纤3。
[0044]本发明中，所述的第一可编程逻辑器件21和第二可编程逻辑器件51结构相同，凡是能提供LVDS接口的可编程逻辑器件都可以采用，其中，LVDS，即Low VoltageDifferential Signaling,是一种低压差分信号，如可以选择型号为Cyclone IIIEP3C10E144C7的逻辑器件，或选择型号为Stratix II EP2S130F780C4的逻辑器件，或选择型号为Arria GX EP1AGX35F484C6的逻辑器件。
[0045]所述的第一光模块22和第二光模块52结构相同,光模块可以在市场上买的到,并且都能使用，如可以选择CISCO公司的GLC-LH-SM的模块，或选择CISCO公司的SFP-GE-L的模块，或选择Alcatel公司的SFP-GIG-LX的模块。
[0046]本发明的用于总线型网络中双向光纤通信的组网系统的通信方法，是上位机和所有下位机通过自定义的通信协议帧格式进行通信，所述的通信协议帧格式如图2所示包括:帧头同步字，用于标识帧的起始；接收单元的编号，用于对接收单元地址进行配置，根据不同的应用要求将接收单元编号配置成广播地址、组播地址和点对点通信地址；数据类型，用于说明传送的是什么类型的数据，所述的数据类型包括普通的数字视频数据和普通的数字音频数据，或是状态查询值和控制命令；数据长度，用于说明实际有效数据的长度；数据，是实际有效数据所要传送的内容。
[0047]对于下行光纤(下行链路)而言，本发明中自定义的通信协议帧格式可以对各个下位机进行逻辑上的划分和分组，赋予每一个分组唯一的编号并且在每个分组中赋予每一个通信端点唯一的编号，这样上位机和下位机既能实现传统的点对点光纤通信，又能根据实际要求灵活配置，对不同分组的下位机实现组播功能以及对所有的下位机实现广播功能。对于上行光纤(上行链路)而言，本发明的通信协议帧格式利用通信端点地址编码唯一的特点使得上位机在同一时刻只选择其中一个下位机与之通信，其他的下位机则保持静默。
[0048]如图3所示，本发明中上位机的通信方式包括如下步骤:
[0049]I)设备初始化:
[0050]2)地址配置，给上位机设定唯一的一个编号；
[0051]3)上位机广播数字信息到下位机，并进入等待状态；
[0052]4)在等待状态下判断是否接到上位机需要与某个下位机进行通信的指令，是进入下一步骤，否则仍处于等待状态；
[0053]5)发送建立连接数据包并且等待下位机应答；
[0054]6)若在规定的计数值内没有收到下位机的应答数据包，则进入步骤8)，若收到下位机的应答数据包，则进入步骤7)，这里所述的计数值是指在计数器中设定的上位机所发送建立连接数据包的次数，本步骤还包括当上位机发送数据包后下位机没有应答时，计数器值减I;
[0055]7)与下位机进行通信，并且产生通信结束数据包或者接受下位机的通信结束数据包。
[0056]8)通信结束，返回步骤3)的等待状态中。
[0057]如图4所示，本发明中下位机的通信方式包括如下步骤:
[0058]I)设备初始化:
[0059]2)地址配置，给每一个下位机设定唯一的一个编号；
[0060]3)接收上位机广播的数字信息，并进入等待状态；
[0061]4)在等待状态下判断是否接收到上位机发送的建立连接数据包，是进入下一步骤，否则返回步骤3)的等待状态；
[0062]5)发送建立连接应答数据包给上位机；
[0063]6)与上位机进行通信，并且产生通信结束数据包或者接受上位机的通信结束数据包；
[0064]7)通信结束，返回步骤3)的等待状态。
[0065]本发明的一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统，可用于实现在使用光纤作为传输介质的可视对讲系统、音频播出等系统中，中心控制单元(上位机)对所有终端(下位机)的信息发布、状态监测，以及语音、视频通信。
【权利要求】
1.一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统，包括有上位机(I)和I个以上的下位机(6)，其特征在于，所述的上位机(I)通过光近端机(2)分别连接用于与下位机(6)进行通信的上行光纤(4)和下行光纤(3)，所述的I个以上的下位机(6)分别各自通过一个光远端机(5)连接用于与上位机进行通信的上行光纤(4)和下行光纤(3)。
2.根据权利要求1所述的一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统，其特征在于，所述的光近端机(2)包括有第一可编程逻辑器件(21)和与第一可编程逻辑器件(21)电连接的第一光模块(22)，其中，所述的第一可编程逻辑器件(21)电连接上位机(1)，所述的第一光模块(22)分别连接上行光纤(4)和下行光纤(3)。
3.根据权利要求1所述的一种总线型网络中双向光纤通信的组网系统，其特征在于，所述的光远端机(5)包括有第二可编程逻辑器件(51)和与第二可编程逻辑器件(51)电连接的第二光模块(52)，其中，所述的第二可编程逻辑器件(51)电连接下位机(6)，所述的第二光模块(52)分别连接上行光纤(4)和下行光纤(3)。
4.一种用于权利要求1至3所述的总线型网络中双向光纤通信的组网系统的通信方法，其特征在于，上位机和所有下位机通过自定义的通信协议帧格式进行通信，所述的通信协议帧格式包括:帧头同步字，用于标识帧的起始；接收单元的编号，用于对接收单元地址进行配置，根据不同的应用要求将接收单元编号配置成广播地址、组播地址和点对点通信地址；数据类型，用于说明传送的是什么类型的数据；数据长度，用于说明实际有效数据的长度；数据，是实际有效数据所要传送的内容。
5.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，所述的数据类型包括普通的数字视频数据和普通的数字音频数据，或是状态查询值和控制命令。
6.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，上位机的通信方式包括如下步骤: 1)设备初始化: 2)地址配置，给上位机设定唯一的一个编号； 3)上位机广播数字信息到下位机，并进入等待状态； 4)在等待状态下判断是否接到上位机需要与某个下位机进行通信的指令，是进入下一步骤，否则仍处于等待状态； 5)发送建立连接数据包并且等待下位机应答； 6)若在规定的计数值内没有收到下位机的应答数据包，则进入步骤8)，若收到下位机的应答数据包，则进入步骤7); 7)与下位机进行通信，并且产生通信结束数据包或者接受下位机的通信结束数据包。 8)通信结束，返回步骤3)的等待状态中。
7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，步骤6)所述的计数值是指在计数器中设定的上位机所发送建立连接数据包的次数。
8.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，步骤6)中还包括当上位机发送数据包后下位机没有应答时，计数器值减I。
9.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，下位机的通信方式包括如下步骤: O设备初始化: 2)地址配置，给每一个下位机设定唯一的一个编号； 3)接收上位机广播的数字信息，并进入等待状态；4)在等待状态下判断是否接收到上位机发送的建立连接数据包，是进入下一步骤，否则返回步骤3)的等待状态； 5)发送建立连接应答数据包给上位机； 6)与上位机进行通信，并且 产生通信结束数据包或者接受上位机的通信结束数据包； 7)通信结束，返回步骤3)的等待状态。
【文档编号】H04B10/278GK103716092SQ201310712612
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】吕卫, 李燕青, 娄新磊, 褚晶辉, 杨猛 申请人:天津大学