一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法
2023-09-21 18:28:35
專利名稱：一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法
技術領域：
本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法。
背景技術：
下面是一個IEEE 802. 3標準定義的乙太網幀格式Preamble (7-bytes) Mart Frame Delimiter(1-byte)Dest. MAC Address(6-bytes)Source MACAddress(6-bytes) Length/Type(2-bytes)MAC Client Data (0-n bytes)Pad (0-p bytes)Frame Check Sequence (4-bytes) .,Preamble :一個由交替的1和0組成的用於同步的前綴。他使網絡有時間檢聽網上的信號，並決定是否接受數據幀或產生衝突。Mart Frame Delimiter 幀起始分界符，一個8比特序列，由10101011構成，用於指明數據幀開始。Destination&SourceMAC Addesses 目的&源MAC地址，目的MAC地址欄位用於指明幀被傳送的一個或多個目的地址，源MAC地址用於指明發送幀的起始站點。一個目的地址既可以作為單獨地址指明一個唯一的站點，也可以作為多址地址指明一組站點，一個全部由1組成的目的地址稱為廣播地址用來指明LAN上的所有站點。Length/Type 如果這個欄位的值小於或等於1500，那 Length/Type欄位將用於指明MAC Client Date欄位的字節數，如果這個欄位得值大於或等於1536，那Length/Type欄位將用於指明MAC client protocol的屬性(協議類型)。MAC Client Date:這個欄位包括從原站到目的站傳輸的數據，最多包含1500位元組.如果這個欄位小於46位元組，那就必須使用下面的「I^d"欄位，以使幀的總長度大於最小長度(64位元組)。Pad 如果需要額外的數據字節將被附加到這個欄位中，以使幀的長度大於64位元組。 Frame CheckSequence 這個欄位包括4位元組循環冗餘校檢碼(CRC)用於檢查錯誤。當一個原站組裝一個MAC幀，他在所有字節(從Destination MAC Address到Pad欄位)執行一個CRC計算，原站將計算的結果放入這個欄位，並作為幀的一部分傳輸給目的站，當幀被目的站接受後，目的站進行同樣的校檢，如果校檢和同欄位中的值不同，目的站將認為在傳輸中發生錯誤並丟棄這個幀。最初的乙太網標準定義的最小幀為64位元組，最大幀為1518 字節，這個數字包含從目的MAC地址欄位到校檢欄位的所有字節，幀前綴和幀起始分界欄位不包含在內。在1998年發布的IEEE802. 3ac標準擴展了最大幀到1522位元組，已允許一個〃 VLAN tag"可以插入到乙太網幀當中。幀間隙是指乙太網設備必須允許在被連續傳輸的兩個幀中間有一個最小空閒周期(IFG Interframe Gap ；IPG InterPacket Gap)。它在兩個幀中間提供一個短暫的恢復時間，以允許設備有時間做好接收下一幀的準備。隨著信息技術和通信產業的迅速發展，網絡已經成為人們工作和生活不可缺少的重要組成部分。為了快速提供新業務、涉足新領域，同時降低網絡建設和運行維護成本，當前許多領域迫切需要一種能在不影響原網絡應用和不增加網絡布線的前提下，實現遠程設備主動探測及遠程環境監測的智能傳感裝置。該裝置的特點是支持網絡拓撲的動態變化， 能唯一識別網絡中任何一臺網絡設備(不論該設備是否通電運行)，並且該裝置能與智能傳感器探頭通信，通信信號疊加在幀間隙中傳送，不影響原網絡的通訊速率和帶寬。該裝置可廣泛應用於企事業、網吧、學校、賓館、小區及SOHO/家庭的災害預報、環境監測等領域。目前該領域的智能傳感裝置普遍採用無線網絡功能模塊的集成產品，這類產品有如下缺陷1、無線信號易受天氣的影響。2、通訊信號的強弱受本地無線網絡信號強弱的影響。3、要有電池供電或在本地取電，一旦電池沒電或本地停電，設備無法工作。4、由於每個傳感器探頭都包含無線網絡模塊，所以成本很高。5、每臺無線傳感器探頭要配SM等手機卡，並且要定期充值，維護成本高。
發明內容
為了彌補現有智能傳感裝置存在不足的問題，本發明提出一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法。採用該方法的智能傳感裝置有如下優點1、通訊信號不會受天氣的影響。2、不依賴於本地網絡通訊信號的強弱。3、無需電池供電或本地取電。4、 傳感器中沒有無線網絡模塊，成本低廉。5、不影響原網絡的通訊速率和帶寬。6、通過對網絡設備阻抗、感抗、容抗的測量，可識別網絡設備。7、在幀間隙中疊加通信信息，實現智能傳感探頭與智能傳感裝置的通信，這樣在原有網絡上拓展新功能的同時節約了網絡建設成本。8、傳感器探頭不用配SM等手機卡，維護成本低。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是通過一定的技術手段檢測乙太網的幀間隙，並且在幀間隙通過另一些技術手段探測網絡設備或智能傳感器探頭的阻抗、感抗、容抗特性，以此確定網絡設備或智感器探頭是否丟失。其中一定的技術手段是指通過對乙太網中數據包的高速A/D採樣，從而分析乙太網中數據包幀間隙的技術手段。其中所述的阻抗、感抗、容抗特性，可以只是阻抗特性， 也可以只是感抗特性，也可以只是容抗特性，也可以是阻抗、感抗、容抗的任意組合特性。通過一定的技術手段檢測乙太網的幀間隙，並且在幀間隙疊加通訊信息，實現智能傳感裝置與乙太網中多臺智能傳感器探頭的數據通訊。其中所述的通訊信息，可以是已有的標準通訊協議的通訊信息，也可以是自定義通訊協議的通訊信息。利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法設計一套智能傳感裝置，該裝置將測量得到的阻抗、感抗、容抗上傳到後臺PC機資料庫中進行數據分析，由此可以確定每個網絡設備或智能傳感器探頭的特性，當特性發生變化時可以由此判斷網絡設備或智能傳感器探頭是否丟失。在測量間隙，乙太網間隙通訊模塊還可在乙太網的幀間隙中疊加通訊信號，使得智能傳感裝置可以與智能傳感器探頭通訊，將智能傳感器探頭檢測到的數據傳送到後臺PC機資料庫中保存。使用該技術能在不影響原網絡應用和無需重新網絡布線的前提下，快速提供遠程環境監測等新業務。利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法設計一套智能傳感裝置，該裝置包括中央控制模塊、網絡通訊模塊、高速A/D採樣模塊、阻抗、感抗、容抗的測量模塊、乙太網間隙通訊模塊、電源模塊。其中電源模塊用於給智能傳感裝置和智能傳感器探頭供電。 阻抗、感抗、容抗測量模塊由阻抗、感抗和容抗測量電路構成，並且直接與乙太網中的8根網線相連。高速A/D採樣模塊與阻抗、感抗和容抗測量模塊相連，並且高速採集阻抗、感抗和容抗測量模塊中的電壓數據，高速A/D採樣模塊根據中央控制模塊的指令選擇指定的採樣點採集電壓數據。採集到的數據由DSP晶片處理後，發送到後臺PC機資料庫中進行數
4據分析計算。乙太網間隙通訊模塊可以根據中央控制模塊的指令將通訊信號疊加到幀間隙上，實現智能傳感裝置與智能傳感器探頭的數據通訊。智能傳感器探頭是具有各種探測功能的傳感器探頭，如可以是單獨具有溫度、溼度、露點、壓力等探測功能的傳感器探頭，也可以是這些功能任意組合後的傳感器探頭。本發明的有益效果是1、通訊信號不會受天氣的影響。2、不依賴於本地網絡通訊信號的強弱。3、無需電池供電或本地取電。4、傳感器中沒有無線網絡模塊，成本低廉。5、 不影響原網絡的通訊速率和帶寬。6、通過對網絡設備阻抗、感抗、容抗的測量，可識別網絡設備。7、在幀間隙中疊加通信信息，實現智能傳感探頭與智能傳感裝置的通信，這樣在原有網絡上拓展新功能的同時節約了網絡建設成本。8、傳感器探頭不用配SM等手機卡，維護成本低。
圖1智能傳感裝置的使用連接示意圖；圖2智能傳感裝置設計原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖來說明本發明的具體實施方式
。如圖1所示，為智能傳感裝置的使用連接示意圖。利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信方法設計的一套智能傳感裝置。圖中(1)是交換機或集線器等其他網絡數據交換設備，(2)是連接(1)和(3)之間的網線，(3)是智能傳感裝置，(41)、(42)、(43)、(44)、 (45)、(46)、(47)、(48)是連接(3)和(51)、(52)、(53)、(54)、(55)、(56)、(57)、(58)之間的網線，(51)、(52)、(53)、(54)、(55)、(56)、(57)、(58)是傳感器探頭或網絡設備，網線 (2) 「41)、(42), (43), (44), (45), (46), (47), (48)可以是平行網線，也可以是交叉網線。 智能傳感裝置( 將採集到的數據通過交換機或集線器等其他網絡數據交換設備(1)發送到後臺PC機的資料庫中。(51)、(52)、(53)、(54)、(55)、(56)、(57)、(58)可以是傳感器探頭也可以是網絡設備，當是網絡設備時，智能傳感裝置(3)能實時探測網絡設備的特性，當是傳感器探頭時，智能傳感裝置(3)除探測智能傳感器探頭的特性外還能與智能傳感器探頭通訊，並將傳感器探頭採集到的數據上傳到後臺PC機的資料庫中。採用乙太網幀間隙技術探測和通訊，不會影響原網絡通訊的速率和帶寬，同時還能在不增加網絡建設成本的前提下，擴展新功能。如圖2所示，為智能傳感裝置原理圖。整個技術方案的設計採用硬體+嵌入式作業系統+應用層軟體的結構。硬體平臺中，主晶片採用TI公司的TMS320C6205和Samsung 公司S3C2410的雙內核結構，外圍芯由Flash存儲器、高速AD採樣晶片AD9430、乙太網接口晶片RTL8305SB等幾部分組成。嵌入式作業系統採用μ Clinux，具有原始碼公開、內核可裁剪和易於移植等特點。本裝置用C語言進行開發，μ Clinux強大的應用程式庫μ CLibc 對應用軟體層的開發提供了支持，節省了系統開發的時間。根據硬體平臺的要求，還需要開發適應硬體平臺的驅動程序，包括BSP板級包，串口驅動程序和乙太網口驅動程序。BSP 板級包貫穿著硬體級、作業系統級和應用程式級多層，與μ Clinux 一起為應用程式提供服務。BSP板級包的編寫是實現μ Clinux系統移植的關鍵。在BSP板級包上開發和完成硬體初始化，中斷的處理和產生，硬體時鐘管理，本地和總線的內存映射等功能。應用層軟體功能主要模塊包括A/D高速採樣模塊、感抗、容抗、阻抗測量模塊、數據校正模塊、數據對比分析模塊、數據上傳模塊、與傳感器探頭的通訊模塊。高速採樣模塊採集乙太網中數據信息並分析幀間隙以及網絡設備的感抗、容抗、阻抗數據。感抗、容抗、阻抗測量模塊分別測試網絡設備或智能傳感器探頭的阻抗、容抗、感抗。數據校正模塊根據電源電壓的紋波變化及預設的校正值校正測量到的數據。數據對比分析模塊分析若干次採樣的感抗、容抗、阻抗數據， 比較是否超出警戒值，超出則發出報警指令。數據上傳模塊將每次測量的數據上傳到後臺 PC機的資料庫中保存。傳感器探頭通訊模塊用於智能傳感裝置和傳感器探頭之間的數據通訊，該通訊不會影響原網絡的數據通訊。圖2中(7)是Samsung公司的S3C2410，是智能傳感裝置的中央控制單元，所有的控制指令都由它發送。( 是FLASH，(9)是SRAM，都是 (7)的外圍存儲晶片。(6)是乙太網接口晶片RTL8305SB，採集到的數據由它發送到乙太網上。(10)是TI公司的TMS320C6205(DSP晶片)，用於接收採樣數據並發送通訊信號到乙太網中。(11)是SRAM，是(10)的外圍存儲晶片。(13)是高速A/D採樣晶片AD9430，用於高速採集乙太網數據。(12)是感抗、容抗、阻抗測量電路，用於在幀間隙探測網絡設備的感抗、 容抗、阻抗。(14)是RJ45接口，用於網線的連接，網線的另一頭與網絡設備或傳感器探頭連接。 以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
之一，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法，其特徵在於通過一定的技術手段檢測乙太網的幀間隙，並且在幀間隙通過另一些技術手段探測網絡設備或智能傳感器探頭的阻抗、感抗、容抗特性，以此確定網絡設備或智能傳感器探頭是否丟失。
2.一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法，其特徵在於通過一定的技術手段檢測乙太網的幀間隙，並且在幀間隙疊加通訊信息，實現智能傳感裝置與乙太網中多臺智能傳感器探頭的數據通訊。
3.如權利要求1所述的一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法，其特徵在於所述的一定的技術手段，是指通過對乙太網中數據包的高速A/D採樣，從而分析乙太網中數據包幀間隙的技術手段。
4.如權利要求1所述的一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法，其特徵在於所述的阻抗、感抗、容抗特性，可以只是阻抗特性，也可以只是感抗特性，也可以只是容抗特性，也可以是阻抗、感抗、容抗的任意組合特性。
5.如權利要求2所述的一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法，其特徵在於所述的通訊信息，可以是已有的標準通訊協議的通訊信息，也可以是自定義通訊協議的通訊信息。
全文摘要
本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種利用乙太網幀間隙實現傳感探測及疊加通信的方法。該方法是利用乙太網幀間隙來實現傳感探測和乙太網疊加通信的。利用該方法設計的智能傳感裝置是一種能在不影響原網絡應用和不增加網絡布線的前提下，實現遠程設備主動探測及遠程環境監測的智能傳感裝置，該方法的應用有著廣闊的市場前景。
文檔編號H04L29/08GK102457416SQ20101051977
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月16日 優先權日2010年10月16日
發明者許勇 申請人:許勇