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[摘要]模块能够将多个站点的以太网信号复合到环形光纤链路中传输。支持对光纤环路的自动检测和倒换，倒换时间不大于300ms。模块的MAC口速率100Mbit/s符合IEEE802.3标准，支持VLAN帧传输，可连接交换芯片。具有100M以太网环网结构，支持全局网管。整个模块电路由大规模FPGA和工业级芯片组成，FPGA程序自主开发并拥有技术产权。模块尺寸小巧，使用工业级元件生产。模块支持电源冗余，符合工业级设计要求。

[关键词] 工业以太网 工业控制 冗余环网 电源冗余 全局网管

[行业背景阐述] 在当今工业控制系统中，各种设备均已普遍朝着智能化方向发展。最常用的PLC、RTU、FTU、TTU、数据采集模块等先进的工业设备都已经基本实现了智能化和网络化，将以太网技术应用于工业控制领域已成为势不可挡的发展潮流，工业以太网技术发展迅速，工业以太网产业发展的速度令人震惊。801M 是三旺通信技术有限公司专为工业应用而开发的高性能、低成本嵌入式工业以太网交换机模块。

一、 模块功能简介

801M是深圳市三旺通信技术有限公司专为工业应用而开发的高性能、低成本嵌入式网管型工业以太网交换机核心技术模块。该模块具有100M以太网环网结构，支持全局网管。它能够将多个站点的以太网信号复合到环形光纤链路中传输。模块支持对光纤环路的自动检测和倒换，倒换时间不大于300ms。支持2个环路光口，可组成光纤冗余环网。模块的MAC口速率100Mbit/s符合IEEE802.3标准，支持VLAN帧传输，可连接交换芯片。模块有强大的网管功能，基于RS232协议的全网统一网管平台，网管通道独立于业务通道之外，使网管系统可以免遭网络病毒及黑客程序的攻击，提高系统运行的安全性。专门开发的上位机网管软件，可以对网络内的设备进行地址自动生成，以及对网络拓扑的自动扫描与自动生成。整个模块电路由大规模FPGA和工业级芯片组成，FPGA程序自主开发并拥有技术产权。模块尺寸小巧，使用工业级元件生产。模块支持电源冗余，符合工业级设计要求。光纤网络的冗余功能，独立的全网网管通道，冗余的电源输入功能，功能强大的全网实时网管系统。为系统的可靠运行提供了多重保障。用户通过简单配置即可实现形式多样的工业以太网交换机，或者通过在工业设备中嵌入该模块，就能轻易为用户设备带来具有工业性能的冗余环网功能。801M模块可广泛应用在以太网光端机、工业级环网冗余交换机等产品中。

图1 工业以太网交换机嵌入式核心模块801M

二、 模块特点概述

Ø 即插即用快速以太网冗余环状拓扑结构。支持基于RSTP的SW-Ring环网协议。

Ø 支持30台设备组环。

Ø 全负载情况下线路故障恢复时间小于300ms，增强了系统通信的可靠性。

Ø 支持6个10Base-T/100Base-TX自适应的以太网接口，和2个100Base-FX冗余光纤接口。

Ø 电口支持MDI/MDI-X自动连接。

Ø 支持基于端口的VLAN标准以便利于网络规划，控制广播域和网段流量，提高网络安全性和可管理性。

Ø 支持广播风暴抑制功能。

Ø 支持MAC地址过滤功能。

Ø 支持优先级及接口速率的设置与查询，提高数据传送的确定性。

Ø 支持电源、端口链路及环网状态的本地告警和远端告警。

Ø 支持告警信息继电器输出。

Ø 网管通道独立于业务通道之外，不影响业务通道带宽，在确保系统100M线速基础上，提供基于串口的全局网管平台。

三、 模块主要功能

100Mbit/s光纤冗余
工业现场网络发生故障后，尽快对网络进行重构，对工业现场来说十分重要，否则连接的终端设备会断开逻辑通信连接。801M采用了三旺通信自主开发的SRing技术，提供冗余光口来实现光纤网络冗余，使系统出现故障后在300ms内恢复连接。
100Mbit/s双绞线冗余
801M提供以太网口的网络冗余(双绞线)，当网络出现中断时，系统可在300ms内完成网络重构，使通信恢复正常，提高了系统稳定性和安全性。
配置、网管功能
801M工业以太网交换机可通过CONSOLE口进行交换机或整个网络参数的设置、查询与管理。
指示功能
801Module工业以太网交换机产品在前面板上通过指示灯能正确指示端口状态，包括传输速率，链路连接状态以及系统状态的正确指示。
VLAN（虚拟局域网）功能
在网络内可根据端口划分多个VLAN，实现在同一VLAN的用户可以互通，不同VLAN的用户不能互通。801Module的VLAN设置符合IEEE802.1Q标准，可以实现跨交换机的相同VLAN互通，801Module最多支持16个基于IEEE802.1Q 标准的VLAN。
802.1p优先级功能
IEEE 802.1p是在LAN环境中最广泛使用的优先级方案。801Module支持802.1p标准，当连接到801Module的用户终端不支持802.1p而又希望对不同端口的业务分配不同的优先级时，可以使用此功能进行基于端口的优先级设置。此设置只影响进入端口的Packet中不含优先级域的数据包。801Module工业以太网交换机每个端口支持2级（高、低）优先级设置。
二层交换
常用交换技术有两种：直通式交换技术（Cut-Through）：交换机接收到数据帧，只要接收完头部，立即进行转发，不作任何校验和处理；存储转发交换技术（Store and Forward）：交换机开始接收数据帧后，先进行存储，待完全接收整个数据帧后，进行差错校验，校验无误后进行转发。存储转发交换技术是使用最广泛的交换技术，801Module即采用此种交换方式。
广播风暴抑制功能
支持基于百分比的广播风暴抑制，广播风暴是由网桥环造成的在网桥上无休止地转发广播帧或组播帧的情况，广播风暴浪费了许多带宽。广播风暴抑制的目的是优化交换机网络的性能，配置了广播风暴抑制比，即可对801Module上收到的广播流量进行监控，当广播流量的带宽超过配置的限度时，交换机将过滤超出的流量，保证网络的业务，使广播所占的流量比例降低到合理的范围。
告警功能
801Module的告警功能包含电源失效告警、端口链路告警、以及网络告警等，可以通过网管软件对各种告警功能进行使能设置。告警信息通过设备上的告警端子输出还可以在网管界面上输出。
端口工作模式设置功能
801Module工业以太网交换机可以通过网管对所有端口的工作模式进行设置：全双工/半双工自适应、强制全双工、强制半双工、10M/100M自适应、强制10M、强制100M等。
端口速率设置功能
801Module工业以太网交换机可以通过网管对所有端口的速率进行设置，速率可以设置为32k bps的整数倍

四、 系统结构框图

801M 工业以太网交换机嵌入模块的系统硬件框图如图2所示。

图2 模块系统硬件框图

系统硬件主要由以下几块组成：

1、 以太网交换电路

采用高性能ASIC交换芯片，实现以太网数据包的二层线速转发。

2、 环路控制电路

采用FPGA芯片，实现SW-Ring环网协议，及控制电路。

3、 网管电路

采用高性能8位单片机，实现基于串口的全局网管平台。

4、 电源告警输入电路

实现两路电源告警信息采集。

5、 告警输出电路

实现电源、端口链路及环网状态的本地告警和远端告警。

6、 电源

实现电源管理、过流、过压、EMC保护。

五、 模块装配使用方式简析

801M 工业以太网交换机嵌入模块的测试套装如图3所示。

图3 801M_DEMO配套组合图

六、 组网方式

801M是基于环网结构的工业以太网产品，其实际施工可参考图4和图5所示进行光纤连接。

图4 双环自愈组网图

图5 链形结构组网图

模块实际应用方案图例

图6 厂矿变电站综合自动化系统图

图7 纺织厂自动化系统图

七、 结束语

“回顾刚刚过去的2006年，自动化市场的热点不算少，但要数最火的，在笔者看来，非工业以太网交换机市场无疑。”2007年已经悄然走过了一半，如今工业以太网交换机市场已趋于“白热化”了——从去年年末的“百兆”待兴，到现在的“千兆”喧嚣；短短不过几个月的时间之内，许多厂家纷纷将自己的千兆产品推出了水面；不得不让人为中国工业以太网的发展前景感到高兴。然而大多数企业目前还单纯停留在以工业以太网交换机为主的产品设计阶段，而忽略了如何把更为广泛的工业设备引入工业以太网当中。

三旺通信作为国内最早推出工业以太网嵌入式解决方案的企业。一直致力于推动以太网通信的工业化和工业设备的以太网化。自我们推出以FDDI技术为核心的802Module上市以来，得到了各行业同仁的青睐和支持，应用状况良好；由此，模块的设计思路和工艺得到了进一步的优化，于2006年年底正式推出这款基于快速生成树协议的“工业以太网交换机嵌入式核心模块801M”，期望能够进一步加速“工业以太网技术与各行业的直接接轨”，让各行业客户在最低的成本空间里，设计出最适合各行业特性的产品，早日实现“自给自足”！

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附录 术语解析

表B-1 术语解析表