专利名称：基于以太网回传的野外设备网管数据采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及广电行业设备监控领域，具体是一种基于以太网回传的野外设备网管数据采集器。
背景技术：
在广电领域，有线电视网络的双向改造是将核心的HFC (光纤同轴电缆混合网络)从单向网络改为双向网络，电视信号仍通过原有的HFC以广播的方式传送，同时增加上行数据通道，满足广电开展VOD点播、宽带上网等其他业务的互动需求。目前在有线电视网络的双向改造上，广电总局在《有线电视网双向化改造指导意见》中明确指出，EPON代表了未来双向网改造的标准。因此，随着EPON技术在双向网络上行数据通道的逐步推广，野外设备网管数据采集器的传输方式也有了更多的选择，以太网回传是一种基带信号传输方式，提高了数据传输的可靠性，基于以太网回传的野外设备网管数据采集器也将得到广泛应用。各地有线网络公司采购的野外设备具有多样和复杂的特点:一般有2 — 3家进口设备，多家国产设备。进口设备大多具有远程监控功能，但是其硬件通信平台和软件通讯协议是厂家自定义，不同厂家之间的无法互连互通、兼容管理；国产设备大多仅本地提供监控电气接口，而无能力提供整体的远程管理方案。
发明内容本实用新型的目的是克服目前广电行业野外设备无法管理或管理混乱的现状，顺应有线电视网络双向改造技术的发展，提供一种基于以太网回传的野外设备网管数据采集器，实现不同厂家野外设备之间的互连互通，进行远程监控。按照本实用新型提供的技术方案，所述基于以太网回传的野外设备网管数据采集器，包括依次连接的以太网模块、智能主机模块和信号调理模块，以太网模块用于与以太网络的连接，智能主机模块负责数据采集器的协议解析、程序执行和数据处理，信号调理模块是与野外设备光节点连接的电气接口，进行电气信号的转换与处理；所述以太网模块包括相互连接的以太网物理链路和以太网媒介访问控制模块；所述智能主机模块包括数字输入/输出接口、FLASH存储器、RAM存储器、微处理器核、模拟模/数转换模块，所述微处理器核分别连接所述以太网媒介访问控制模块、数字输入/输出接口、FLASH存储器、RAM存储器和模拟模/数转换模块；所述信号调理模块包括数字输出隔离保护电路、数字输入隔离保护电路、模拟输入滤波分压保护电路，所述数字输出隔离保护电路和数字输入隔离保护电路与数字输入/输出接口相连，所述模拟输入滤波分压保护电路的输出端连接模拟模/数转换模块。所述以太网模块包括以太网保护电路，以太网保护电路包括:EMC抑制网络、电阻匹配网络、共模抑制电路、TVS保护电路；所述EMC抑制网络连接到以太网物理链路，EMC抑制网络再连接电阻匹配网络，电阻匹配网络连接到共模抑制电路，共模抑制电路通过TVS保护电路连接到以太网络。所述以太网模块接收来自IP网络的以太网数据，并存入以太网接收数据缓存区，同时将以太网发送数据存储区的数据发送到IP网络；所述智能主机模块驱动以太网模块，分析以太网数据并解析协议，采集来自信号调理模块的模拟和数字信号，整理数据并发送；所述信号调理模块是与野外设备的电气接口，对来自野外设备的模拟数字信号进行滤波、隔离、采样保持等处理后送入智能主机模块。本实用新型的优点是:本实用新型设计的基于以太网回传的野外设备网管采集器具有管理简单的特点，仅需一个以太网接口即可接入网络，实现与设备管理器的连接与被管理；采用最新的ARM芯片M3核，片上集成以太网的MAC和PHY功能，集成度高、设计简单、可靠性强，精心设计的以太网物理层匹配保护电路，可提高以太网信号的抗干扰能力，对以太网信号进行防雷等保护，适合野外设备工作特性要求。
图1为本实用新型的一个典型组网结构图。图2为本实用新型的IP网络组网方式图。图3为本实用新型的的硬件设计框图。图4为本实用新型的以太网保护电路原理框图。图5为本实用新型的软件设计框图。图6为本实用新型的协议处理模块软件设计流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。本实用新型旨在依据《HFC网络设备管理系统规范》实现一种对野外设备进行基于以太网回传的远程监控的装置。本实用新型实现的基于以太网回传的野外设备网管数据采集器是软硬件一体化的设备，硬件部分包括以太网模块106、智能主机模块107、监控信号调理模块108 ;软件部分包括上电初始化处理模块、IP协议处理模块、设备电气接口处理模块、MIB (ManagementInformation Base管理信息库)数据库管理模块。如图1所示为本实用新型具体实施基于以太网回传的网管系统的一个典型组网结构图，其包含至少一个设备管理器209，一个典型的IP网络210，至少一个数据采集器105和与之相对应的野外设备光节点211。本实用新型的以太网回传数据采集器105至少包含以太网模块106、智能主机模块107、信号调理模块108，三者依次连接。以太网模块106接收来自IP网络的以太网信号并转换为数据存储、并将数据转换为以太网信号发送，智能主机模块107负责数据采集器105的协议解析、程序执行、数据库管理等内容，信号调理模块108实现与野外设备光节点211的电气接口，进行电气信号的转换与处理。如图2所示为本实用新型具体实施以太网回传的野外设备网管数据采集器的IP网络组网方式图，描述了实施基于以太网回传的网管系统的以太网信号在设备管理器和数据采集器之间的传输平台。如图2所示，数据采集器105通常安装在野外设备光节点211内部，以太网信号通过传输平台IP网络210在设备管理器209和数据采集器105之间传输，传输平台IP网络210通常有三种选择，首先，借用第三方B类网发展，数据采集器105通过楼栋交换机212接入IP网络；其次，在无就近B类网时，数据采集器105通过外接光纤收发器接入IP网络；以上两种IP网络接入方式由于受条件限制，将无法得到推广应用；最后，随着有线电视网络双向改造中EPON技术的推广应用，野外设备光节点211 —般和EPON网络216安装在一起，EPON网络的局端0LT214 —般有多个以太网口，为数据采集器105接入IP网络提供了便利。如图3所示为本实用新型网管数据采集器105的硬件设计框图，至少包含以太网模块106、智能主机模块107、信号调理模块108。所述以太网模块106包括:以太网变压器317、以太网保护电路318、以太网物理链路(PHY) 319、以太网媒介访问控制模块(MAC) 320，以太网变压器317对以太信号进行差共模、模抑制及电气隔离，以太网保护电路318对以太信号进行噪声滤除及过压保护，防止损坏以太网PHY 319，以太网PHY 319和以太网MAC 320通过MII总线进行数据交换，以太网PHY 319对以太网信号电平进行校验并解析转换为数据，以太网MAC 320管理以太网数据的接收和发送缓存，为以太网模块106提供控制功能，通过操作以太网MAC 320对以太网模块进行初始化控制及交换数据。所述智能主机模块107对以太网模块106进行初始化操作，通过以太网模块106实现与以太网络上其它设备通讯，并接收来自信号调理模块108的输入信号并提供输出控制操作。智能主机模块107包括:MCU (微处理器)核321、FLASH存储器322、RAM存储器323、模拟A/D (模拟模/数转换模块)324、数字I/O (输入/输出)接口 325，所述微处理器核321分别连接以太网MAC320、FLASH存储器322、RAM存储器323、模拟A/D324和数字I/O 接 Π 325。信号调理模块108包括:数字输出隔离保护电路328、数字输入隔离保护电路326、模拟输入滤波分压保护电路327，所述数字输出隔离保护电路328和数字输入隔离保护电路326与数字I/O接口 325相连，所述模拟输入滤波分压保护电路327的输出端连接模拟A/D324。接收的以太网信号经过以太网模块106后校验解析转换为数据并存入指定的以太网数据接收缓存，MC U核321通过以太网MAC320访问以太网数据接收缓存来获取数据，并将发送的数据存入以太网数据发送缓存，通知以太网MAC320发送。数字输出隔离保护328对野外设备提供硬件电路驱动控制信号，数字输入隔离保护326对野外设备提供硬件电路采样输入数字信号，模拟输入滤波分压保护327对野外设备提供硬件电路采样输入模拟信号。FLASH存储器322、RAM存储器323和MCU核321是数据采集器105的核心部分，FLASH存储器322、RAM存储器323分别存储可执行软件代码与软件运行数据，MCU核321是中央处理器，采用多级流水线指令处理结构的ARM单片机，其最高主频可达到60Mmips以上，所有功能电路都由MCU核321提供控制操作，例如，MCU核321初始化模拟A/D324并读取模数转换后的数据，MCU核321驱动数字1/0325对各功能电路控制操作，MCU核321对以太网MAC320进行初始化操作使得以太网模块106工作、对野外设备进行输出控制或输入状态
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TlV: 寸 O另外，数据采集器105 —般还包含电源模块331、防盗电路330、NVRAM电路329、复位电路看门狗332和温度检测电路333等。电源模块331对输入电源进行DC — DC变换后，为数据采集器105提供干净可靠的直流电压，防盗电路330检测野外设备光节点211的盒盖开关状态并提供报警，NVRAM电路329存放需要掉电保护的数据，温度检测电路333检测野外设备光节点211的机内温度，复位电路看门狗332对MCU核321提供芯片级复位并防止程序跑飞。如图4所示为本实用新型具体实施基于以太网回传的网管数据采集器的以太网保护电路318原理框图。所述以太网保护电路318包括:EMC抑制网络434、电阻匹配网络435、共模抑制电路436、TVS保护电路437。以太网信号在以太网PHY 319和以太网络之间是双向传输的，以太网保护电路318是对双向以太网信号提供保护，输出以太网信号经过EMC抑制网络434降噪后到电阻匹配网络435，经过匹配后的以太网信号到共模抑制电路436，再经过TVS保护电路437发送到以太网络；来自以太网络的输入以太信号经过TVS保护电路437后到共模抑制电路436，再经过电阻匹配网络435和EMC抑制网络434输入到以太网PHY 319。本实用新型的以太网回传的网管数据采集器通常安装在户外，工作环境比较恶劣，因此以太网保护电路318的设计是提高系统可靠性的重要环节。TVS保护电路437采用TVS保护阵列，提供静电保护、防浪涌冲击、防瞬间脉冲冲击；共模抑制电路436可降低网络上的共模噪声；电阻匹配网络435精心选用合适的电阻来匹配信号传输，提高传输信号的质量；EMC抑制网络434由磁珠、电感、电容等共同组成，具有滤波和降噪的作用，提高了以太网的抗干扰性，降低对环境的电磁干扰。以太网保护电路318的使用，加强了以太网端口的抗雷击能力和信号的抗干扰能力，提高了网管系统信道通信的可靠性。如图5所示为本实用新型具体实施基于以太网回传的网管数据采集器的软件设计框图，即软件的主循环流程。如图5所示，本实用新型网管数据采集器的软件模块包含上电初始化处理模块538、IP协议处理模块540、设备电气接口处理模块539、MIB数据库管理模块541。数据采集器105上电启动后，调用上电初始化处理模块538进行一系列诸如外围芯片驱动、外围硬件控制、内部功能及数据初始化等处理后，进入主循环中；IP协议处理模块540检测来自以太网的数据包并进行判断解析，将本地数据进行封包后发送到以太网中；设备电气接口模块539定时检测电气接口并进行参数采集及控制操作；MIB数据库管理模块541对标准MIB数据库进行定义和维护，为IP协议处理模块540和设备电气接口处理模块539之间的信息交互提供平台，协议处理模块540根据SNMP的协议命令对MIB数据库管理模块541进行读写操作，设备电气接口处理模块539采集野外设备光节点211的模拟参数、设备状态并写入MIB数据库对应的节点中，读取MIB数据库并分析其内容的变化来执行对野外设备光节点211的控制操作。如图6所示为本实用新型网管数据采集器软件的IP协议处理模块540的软件设计流程图。一个完整的基于以太网回传的SNMP数据包，涉及到的协议包含Ethernet协议、IPv4协议、UDP协议、SNMP协议等。接入以太网的数据采集器105的设备地址具有唯一性，在接入IP网络中后会静态或动态为数据采集器105分配一个IP地址。Ethernet协议、IP协议、UDP协议等的接收处理，就是在数据包中一层层剥去各协议包头；发送处理，则是在数据包中一层层加上各协议包头。SNMP协议承载于UDP之上，是应用层协议，固定占用161端口，SNMP协议的命令类型分为读、写两种，Get-Request、Get-Next-Request是读命令，即遍历MIB数据库，Set-Request是写命令，即设置MIB数据库。Get-Response是对上述读、写命令的响应。SNMP协议还可发送Trap请求，Trap请求是本机因告警或事件而生成的主动性的请求，固定占有Μ)Ρ协议的162端口。本实用新型使用的芯片都是工业级芯片，提高了系统的工作可靠性，满足HFC网络野外设备工作环境恶劣的客观因素对硬件性能的要求。本实用新型的软件设计严格依据《HFC网络设备管理系统规范》定义的管理信息库MIB对网管采集器的数据进行处理，快速解析SNMP协议，可实现与其它设备管理器之间的互连互通。本实用新型的应用将有力地支持HFC网络管理系统向开放性和兼容性方向发展。
权利要求1.基于以太网回传的野外设备网管数据采集器，其特征是:包括依次连接的以太网模块(106)、智能主机模块(107)和信号调理模块(108)，以太网模块(106)用于与以太网络的连接，信号调理模块(108)是与野外设备光节点(211)连接的电气接口，进行电气信号的转换与处理；所述以太网模块(106)包括相互连接的以太网物理链路(319)和以太网媒介访问控制模块(320);所述智能主机模块(107)包括数字输入/输出接口(325)、FLASH存储器(322)、RAM存储器(323)、微处理器核(321)、模拟模/数转换模块(324)，所述微处理器核(321)分别连接所述以太网媒介访问控制模块(320 )、数字输入/输出接口( 325 )、FLASH存储器(322)、RAM存储器(323)和模拟模/数转换模块(324);所述信号调理模块(108)包括数字输出隔离保护电路(328)、数字输入隔离保护电路(326)、模拟输入滤波分压保护电路(327)，所述数字输出隔离保护电路(328)和数字输入隔离保护电路(326)与数字输入/输出接口(325)相连，所述模拟输入滤波分压保护电路(327)的输出端连接模拟模/数转换模块(324)。
2.如权利要求1所述基于以太网回传的野外设备网管数据采集器，其特征是，所述以太网模块(106)包括以太网保护电路(318)，以太网保护电路(318)包括:EMC抑制网络(434 )、电阻匹配网络(435 )、共模抑制电路(436 )、TVS保护电路(437 );所述EMC抑制网络(434)连接到以太网物理链路(319)，EMC抑制网络(434)再连接电阻匹配网络(435)，电阻匹配网络(435)连接到共模抑制电路(436)，共模抑制电路(436)通过TVS保护电路(437)连接到以太网络。
专利摘要本实用新型公开了一种基于以太网回传的野外设备网管数据采集器，包括以太网模块、智能主机模块和信号调理模块；所述以太网模块接收来自IP网络的以太网数据，并存入以太网接收数据缓存区，同时将以太网发送数据存储区的数据发送到IP网络；所述智能主机模块驱动以太网模块，分析以太网数据并解析协议，采集来自信号调理模块的模拟和数字信号，整理数据并发送；所述信号调理模块对来自野外设备的模拟数字信号进行滤波、隔离、采样保持等处理后送入智能主机模块。其优点是管理简单，仅需一个以太网接口即可接入网络；片上集成以太网的MAC和PHY功能，集成度高、可靠性强；设计以太网保护电路，可提高以太网信号的抗干扰能力。
文档编号H04N7/10GK202978993SQ201220383519
公开日2013年6月5日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者王刚, 许磊, 李刚, 蒋秀军, 朱波 申请人:无锡路通视信网络股份有限公司