一种基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法，通过在链路两端设备的任何一端的PHY中增加并行检测功能，保证链路两端的设备中有一个PHY芯片能够清楚获知对端PHY芯片的工作模式，随后将本端设备中PHY芯片的工作模式与对端匹配，通过将PHY芯片设备进行兼容来建立连接，最终实现PHY芯片能够支持100BASE?FX、1000BASE?X的物理层协议，支持100BASE?FX/1000BASE?X自适应协议。
【专利说明】
一种基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法
技术领域
[0001] 本发明涉及智能变电站网络设备对接技术领域，尤其涉及一种基于高可视化全景 调测平台的以太网口对接方法。
【背景技术】
[0002] 目前变电站中的光以太网还有大量应用的是100M光以太网和1000M光以太网，随 着IED设备的增加以及报文数据的指数级增长，用户对网络带宽的需求日渐增大，1000M光 以太网替代100M光以太网是大势所趋，智能变电站高可视化全景调测平台即搭载1000M光 以太网口。但是在1000M光以太网替代100M光以太网的过程中，考虑到投资费用问题，往往 不会将光纤两端同时更换为1000M光以太网的设备，而是通过逐级更换接入层、汇集层、核 心层设备的方式进行升级工作，由于这两个接口的速率不同，100M光以太网接口数据速率 时125Mbps，而1000M光以太网接口数据速率时1250Mbps，无法直接对接建立链路，所以在这 个过程中必然存在1000M光以太网设备和IOOM光以太网设备对接的技术问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法，能够 设计速率不同的光以太网接口进行对接，同时该技术也能够实现在支持自动协商和不支持 自动协商的1000M光以太网接口之间自动建立连接。
[0004] 本发明采用的技术方案是： 一种基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法，包括有如下步骤： A:采用包含PHY芯片的FPGA进行对接，所述的包含PHY芯片的FPGA主要包含五部分，分 别是以太网接口电路、100BASE-FX收发器、1000BASE-X收发器、100BASE-FX/1000BASE-X自 适应和配置接口；基于100BASE-FX收发器和1000BASE-X收发器的物理层中PCS层、PMA层和 PMD层的结构和协议，提取、识别现有的接收码流的码型和速率： B:当PMA层指示有信号在接收时，并行检测进程同时打开100BASE-FX和1000BASE-X的 PM层的串行数据对齐功能： 基于PMA层设计NRZI编码与解码，PMA层将NRZI码型的数据流转换成为PCS层链路对应 可用的数据流； 对PCS层进行串行数据与并行数据之间的转换，从串行数据中恢复时钟信号和串行数 据对齐； C:任意一个PMA层的串行数据对齐功能指示对齐后，就将整个PHY芯片切换到指示对齐 的那个PMA层相同的工作模式，也即对齐功能调整本端设备PHY芯片的工作模式与对端匹 配； D:最终，当两个PMA层都指示对齐，则将所有的PHY芯片切换到1000BASE-X的工作模式； 所述的步骤A中具体包括如下步骤： Al:在物理编码层中即PCS层，通过GMII接口的8bit/10bit数据按照8B/10B的规则编码 为10bit/8bit-组的数据组，并生成载波监听和冲突检测信号来支持半双工的MAC层使用， 管理自动协商进程； A2:物理介质附加层，即在PCS层和PMD层之间传输数据的PMA层将IObit-组的数据组 与串行数据进行相互转换，同时为PMD层提供数据环路。
[0005] 本端和对端两个已实现支持自动适应功能的PHY芯片正常建立链路，默认工作模 式设置为1000BASE-X，用于保证两个设备的发送初始状态相同，避免出现循环锁死。
[0006] 所述的光口包括以串行高速收发器的FPGA芯片为核心搭建硬件平台，实现1000M 光以太网和100M光以太网接口对接。
[0007] 本发明通过在链路两端设备的任何一端的PHY中增加并行检测功能，保证链路两 端的设备中有一个PHY芯片能够清楚获知对端PHY芯片的工作模式，随后将本端设备中PHY 芯片的工作模式与对端匹配，通过将PHY芯片设备进行兼容来建立连接，最终实现PHY芯片 能够支持100BASE-FX、1000BASE-X的物理层协议，支持100BASE-FX/1000BASE-X自适应协 议。通过网络设备智能化的方式应用于智能变电站二次系统的运维过程中，提高了智能变 电站中网络升级换代过程中的端口配置效率，为现场施工的高效运转提供便利。本方法可 以广泛引用于以太网PHY芯片上，实现100M光以太网和1000M光以太网的自适应，从而节约 网络设备升级过程中的端口配置时间。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0009] 如图1所示，一种基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法，包括有如下步 骤： A:采用包含PHY芯片的FPGA进行对接，所述的包含PHY芯片的FPGA主要包含五部分，分 别是以太网接口电路、100BASE-FX收发器、1000BASE-X收发器、100BASE-FX/1000BASE-X自 适应和配置接口；基于100BASE-FX收发器和1000BASE-X收发器的物理层中PCS层、PMA层和 PMD层的结构和协议，提取、识别现有的接收码流的码型和速率:其中，100BASE-FX收发器包 括：100BASE-FX接收器，主要完成100BASE-FX PMA层的工作。首先需要从接收到的125Mbps 的串行差分数据流十恢复出125MHz的时钟信号，然后对这125Mbps的差分信号进行NRZI解 码，最后对NRZI解码后的数据进行对齐操作，然后输出链路状态信号给100/1000M光以太网 自动匹配器。
[0010] l〇〇BASE_FX发连器，用以发送-个125Mbps的串行差分数据，其发送的差分数据流 为进行了 NRZI编码后的4B/5B编码。当发送器没有数据需要发送的时候需要发送IDLE码流 以便维持链路的连接。
[0011] 所述的I〇〇〇BASE_X收发器包括：1000BASE-X接收器，主要完成10D0BASE-X物理层 的功能首先需要从接收到的125Gbps的串行数据流中恢复出125Gbps的时钟信号，然后对这 个125Gbps的串行数据进行对齐操作，紧接着对齐的数据进行8B/10B解码，最后输出链路状 态信号给100/1000M光以太网自动适配器。
[0012] 1000BASEX发送器，用以发送125Gbps的串行差分数据，其发送的数据为8B/10B编 码后的串行数据;发送器没有数据发送的时候，需要发送IDLE码流以便维持数据链路的连 接。
[0013] 所述的100BASE-FX /1000BASE-X自适应，用于解析100BASE-FX收发器和 1000BASE-X收点器的状志，调整100BASE-FX收发器和I000BASE-X收发器的工作模式。
[0014] 实现1000M光以太网接口与100M光以太网接口对接并执行数据交换，通过串行高 速收发器的FPGA芯片实现逻辑功能。
[0015] 所述的步骤A中具体包括如下步骤： Al:在物理编码层中即PCS层，通过GMII接口的8bit/10bit数据按照8B/10B的规则编码 为10bit/8bit-组的数据组，并生成载波监听和冲突检测信号来支持半双工的MAC层使用， 管理自动协商进程； A2:物理介质附加层，即在PCS层和PMD层之间传输数据的PMA层将IObit-组的数据组 与串行数据进行相互转换，同时为PMD层提供数据环路； B:当PMA层指示有信号在接收时，并行检测进程同时打开100BASE-FX和1000BASE-X的 PMA层的串行数据对齐功能：基于PMA层设计NRZI编码与解码，PMA层将NRZI码型的数据流 转换成为PCS层链路对应可用的数据流； 对PCS层进行串行数据与并行数据之间的转换，从串行数据中恢复时钟信号和串行数 据对齐； C:任意一个PMA层的串行数据对齐功能指示对齐后，就将整个PHY芯片切换到指示对齐 的那个PMA层相同的工作模式，也即对齐功能调整本端设备PHY芯片的工作模式与对端匹 配； D:最终，当两个PMA层都指示对齐，则将所有的PHY芯片切换到1000BASE-X的工作模式； 自适应模式下的PHY工作模式真值表，如表1所不。
[0016] 表1 本端和对端两个已实现支持自动适应功能的PHY芯片正常建立链路，默认工作模式设 置为1000BASE-X，用于保证两个设备的发送初始状态相同，避免出现循环锁死。
[0017] 以串行高速收发器的FPGA芯片为核心搭建硬件平台，实现1000M光以太网和100M 光以太网接口对接。以太网接口电路实现光信号到电信号的转换以及电信号到光信号的转 换。接收方向上光电转换器将光信号转换为高速串行差分电信号提供给FPGA处理，发送方 向上将FPGA输出的高速差分串行数据转化为光信号发送到光纤链路上。
[0018]本专利旨在智能变电站二次系统高可视化全景调测平台的基础之上设计两种速 率的光以太网接口对接的方法，同时该技术也能够实现在支持自动协商和不支持自动协商 的1000M光以太网接口之间自动建立连接，能够应用于智能变电站二次系统的运维过程中， 有效提高变电站网络升级换代过程中的端口配置效率。本设计可以为1G/10G光以太网接 口，10G/40G光以太网接口实现自动对接以及同样模式的网络升级提供参考。通过网络设备 智能化的方式应用于智能变电站二次系统的运维过程中，提高了智能变电站中网络升级换 代过程中的端口配置效率，为现场施工的高效运转提供便利。
【主权项】
1. 一种基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法，其特征在于:包括有如下步 骤： A:采用包含PHY芯片的FPGA进行对接，所述的包含PHY芯片的FPGA主要包含五部分，分 别是以太网接口电路、100BASE-FX收发器、1000BASE-X收发器、100BASE-FX/1000BASE-X自 适应和配置接口；基于100BASE-FX收发器和1000BASE-X收发器的物理层中PCS层、PMA层和 PMD层的结构和协议，提取、识别现有的接收码流的码型和速率： B:当PMA层指示有信号在接收时，并行检测进程同时打开100BASE-FX和1000BASE-X的 PM层的串行数据对齐功能： 基于PMA层设计NRZI编码与解码，PMA层将NRZI码型的数据流转换成为PCS层链路对应 可用的数据流； 对PCS层进行串行数据与并行数据之间的转换，从串行数据中恢复时钟信号和串行数 据对齐； C:任意一个PMA层的串行数据对齐功能指示对齐后，就将整个PHY芯片切换到指示对齐 的那个PMA层相同的工作模式，也即对齐功能调整本端设备PHY芯片的工作模式与对端匹 配； D:最终，当两个PMA层都指示对齐，则将所有的PHY芯片切换到1000BASE-X的工作模式。2. 根据权利要求1所述的基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法，其特征在 于:所述的步骤A中具体包括如下步骤： Al:在物理编码层中即PCS层，通过GMII接口的8bit/10bit数据按照8B/10B的规则编码 为10bit/8bit-组的数据组，并生成载波监听和冲突检测信号来支持半双工的MAC层使用， 管理自动协商进程； A2:物理介质附加层，即在PCS层和PMD层之间传输数据的PMA层将IObit-组的数据组 与串行数据进行相互转换，同时为PMD层提供数据环路。3. 根据权利要求2所述的基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法，其特征在 于:本端和对端两个已实现支持自动适应功能的PHY芯片正常建立链路，默认工作模式设置 为1000BASE-X，用于保证两个设备的发送初始状态相同，避免出现循环锁死。4. 根据权利要求3所述的基于高可视化全景调测平台的以太网口对接方法，其特征在 于:所述的光口包括以串行高速收发器的FPGA芯片为核心搭建硬件平台，实现1000M光以太 网和100M光以太网接口对接。
【文档编号】H04L12/24GK105915382SQ201610273381
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】吴春红, 石光, 韩伟, 刘磊, 马伟东, 张峰, 时晨, 蔡得雨, 乔利红, 孔圣立, 魏文秀
【申请人】国网河南省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司