一种网络侦听装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种网络侦听装置、系统及方法，在不介入原有网络拓扑的基础上，实现对实时工业以太网的数据监听。该装置的第一第二网口直接通过PCB布线相连，使得网络数据在上传的同时，直接通过另一个网口进入网络中，避免了处理转发后带来的延迟，满足小周期实时通信的要求。该装置使用FPGA作为核心器件，将网络数据帧添加流水号和时间戳后发送至监听计算机，同时在CPU软核中对数据帧进行解析，获取所需的状态信息，并通过NB‑IOT模块上传至服务器。本发明专利技术的硬件连接方便可靠，成本低，且用户可以根据待测网络的类型自行编写数据帧解析方法，获取关注的状态信息。在工业以太网领域具有广泛的使用价值和应用前景。

A network interception device, system and method

The invention discloses a network interception device, system and method, which realizes data interception of real-time industrial Ethernet without interfering with the original network topology. The first and second ports of the device are connected directly through PCB wiring, which enables the network data to be uploaded while entering the network directly through another ports, avoiding the delay caused by processing and forwarding, and meeting the requirements of small-period real-time communication. The device uses the FPGA as the core device, sends the network data frame with pipeline number and timestamp to the monitor computer, parses the data frame in the CPU soft core, obtains the required state information, and uploads it to the server through the NB_IOT module. The hardware connection of the invention is convenient and reliable, and the cost is low. The user can compile the data frame analysis method by himself according to the type of the network to be tested to obtain the state information of interest. It has wide application value and application prospect in the field of industrial Ethernet.

【技术实现步骤摘要】
一种网络侦听装置、系统及方法
本专利技术涉及一种网络侦听装置、系统及方法。
技术介绍
实时工业以太网技术是以太网技术在自动控制领域的延伸和发展，是工业控制自动化领域的一个重要发展方向。无论是在实时以太网的组网开发调试阶段，还是在整个网络设备正常运行阶段，对网络数据帧的侦听都是研究本网络通信性能及状态的有效手段。但是随着数控加工朝着高速高精方向发展，实时以太网的通信周期越来越短，传统的通过将数据帧传入微处理器再进行转发的方式势必会造成网络传输的延时，对于通信周期极短的通信网络，会造成通信质量的下降甚至无法正常通信。各个实时以太网厂家也推出了相关的网络侦听装置，但都是针对某一种实时以太网的侦听，如贝加莱针对POWERLINK、倍福针对EtherCAT的侦听装置，通用性很差，而且测试方法封闭，不对外公开，可扩展性很差。另一方面，现有的网络侦听器一般使用有线连接，很少使用无线技术进行通讯。即使相关产品使用了无线传输技术，也由于传统无线网络的技术限制，普遍存在着传输距离近，封闭环境中传输信号不好以及成本高的问题。这大大限制了应用范围，不利于进行远程长期的网络监测。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种网络侦听装置、系统及方法；术语介绍：基于蜂窝的窄带物联网(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT)；PHY指物理层，PhysicalLayer，OSI的最底层。一般指与外部信号接口的芯片。PHY芯片，就是一个以太网收发器，类似于网卡。本专利技术的第一方面，提供了一种网络侦听装置；一种网络侦听装置，包括：FPGA，所述FPGA分别与第一以太网接口模块、第二以太网接口模块、第三以太网接口模块、通信状态指示模块、电源模块、晶振电路和窄带物联网模块NB-IoT连接；待侦听网络上设有串联的第一设备和第二设备，第一以太网接口模块与第一设备连接，第二以太网接口模块与第二设备连接，第一以太网接口模块还与第二以太网接口模块连接；第一以太网接口模块接收第一设备传输的下行数据，下行数据通过第一以太网接口模块传输给FPGA，FPGA对下行数据进行侦听后，将侦听到的数据通过窄带物联网模块NB-IoT传输给云服务器；FPGA还将下行数据通过第三以太网接口模块全部传输给监听计算机；下行数据还依次通过第一以太网接口模块和第二以太网接口模块，实现数据由第一设备直接传输给第二设备，进而第二设备将下行数据传输给网络；第二以太网接口模块接收第二设备传输的上行数据，上行数据依次通过第二以太网接口模块传输给FPGA，FPGA对上行数据进行侦听后，将侦听到的数据通过窄带物联网模块NB-IoT传输给云服务器；FPGA还将上行数据通过第三以太网接口模块全部传输给监听计算机；上行数据还依次通过第二以太网接口模块和第一以太网接口模块，实现数据由第二设备直接传输给第一设备，进而第一设备将上行数据传输给网络；所述第一以太网接口模块，包括：依次连接的第一PHY芯片、第一网口变压器和第一RJ45网口；其中第一PHY芯片与FPGA连接，第一RJ45网口与第一设备连接；所述第二以太网接口模块，包括：依次连接的第二PHY芯片、第二网口变压器和第二RJ45网口；其中第二PHY芯片与FPGA连接，第二RJ45网口与第二设备连接；第一RJ45网口的接收信号线与第二RJ45网口的发送信号线通过PCB布线相连；第一RJ45网口的发送信号线与第二RJ45网口的接收信号线通过PCB布线相连。所述第三以太网接口模块，包括：依次连接的第三PHY芯片、第三网口变压器和第三RJ45网口；其中第三PHY芯片与FPGA连接，第三RJ45网口与监听计算机连接。窄带物联网模块NB-IoT将FPGA侦听到的数据无线传输给云服务器，同时还接收云服务器的远程监听命令。进一步的，所述FPGA，包括：CPU软核模块、NB-IOT驱动模块、上传模块、时间戳模块、第一数据帧封装模块、第二数据帧封装模块、第一端口、第二端口和第三端口；所述CPU软核模块，用于解析第一数据帧封装模块或第二数据帧封装模块封装后的数据帧，提取所需的设备状态信息，并控制NB-IOT驱动模块发送给窄带物联网模块NB-IoT，窄带物联网模块NB-IoT将数据发送给云服务器。同时CPU软核模块处理操作人员经窄带物联网模块NB-IoT远程操控的指令，完成相应的操作。所述NB-IOT驱动模块，用于实现CPU软核对窄带物联网模块NB-IoT的正常操作。所述第一端口接收第一以太网接口模块上传的数据，并将上传数据通过第一数据帧封装模块封装后，通过上传模块发送给第三端口，同时将封装后的数据上传给CPU软核处理，使用NB-IOT驱动模块发送至窄带物联网模块NB-IoT，窄带物联网模块NB-IoT发送给云服务器；所述第二端口接收第二以太网接口模块上传的数据，并将上传数据通过第二数据帧封装模块封装后，通过上传模块发送给第三端口，同时将封装后的数据上传给CPU软核处理，使用NB-IOT模块发送至窄带物联网模块NB-IoT，窄带物联网模块NB-IoT发送给云服务器；进一步地，所述第一数据帧封装模块和第二数据帧封装模块，均包括：原数据帧缓存模块和帧信息添加模块；其中，原数据帧缓存模块，将端口上传的数据缓存，同时将时间戳模块记录的数据帧上传的时间戳以及流水号存储下来，一并发送给帧信息添加模块；帧信息添加模块，将原数据帧缓存模块发送过来的时间戳以及流水号信息添加到原数据帧的后面，组成新数据帧，等待分别发送至CPU软核模块和上传模块；所述第一数据帧封装模块和第二数据帧封装模块均与时间戳模块连接。第一数据帧封装模块，用于将第一端口的数据帧添加流水号和时间戳后，组成新的数据帧，将新的数据帧传送至上传模块，等待上传，同时将新的数据帧传送至CPU软核模块，等待解析；第二数据帧封装模块，用于将第二端口的数据帧添加流水号和时间戳后，组成新的数据帧，将新的数据帧传送至上传模块，等待上传，同时将新的数据帧传送至CPU软核模块，等待解析；所述时间戳模块，提供计时功能，用于记录第一端口和第二端口上传数据帧的时刻，并由相应的数据帧封装模块将数据帧的时刻添加到原始数据帧的后面；进一步的，所述上传模块，包括：第一写入逻辑控制单元、第二写入逻辑控制单元、8个FIFO单元和发送控制单元；其中，第一写入逻辑控制单元或第二写入逻辑控制单元，将第一数据封装模块或第二数据封装模块发送过来的数据按照时间先后顺序写入FIFO存储器内，进行写入逻辑控制，避免多个端口同时出现数据包写入请求时的逻辑困难。为了防止一段时间内某一端口的数据量过大导致其对应的FIFO全部被占用导致错误，写入逻辑控制单元允许当前端口占用其他端口的空闲FIFO资源。FIFO的优先级设立是为了应对短时间内有大量数据到来的情况，一个端口对应四个FIFO,优先使用第一个FIFO，同时第一个FIFO的优先级也是最高的，当四个FIFO都存储了数据需要发送时，首先发送第一个FIFO内的数据；从而保证监听计算机可以按照数据包的到来的先后顺序进行监听。发送控制单元轮询各FIFO缓存单元，将已经存好的数据帧通过第三以太网模块接口发送给监听计算机。第一写入逻辑控制单元，将第一数据帧封装模块上传的数据采集过来后，通过四个不同发送优先级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络侦听装置，其特征是，包括：FPGA，所述FPGA分别与第一以太网接口模块、第二以太网接口模块、第三以太网接口模块、通信状态指示模块、电源模块、晶振电路和窄带物联网模块NB‑IoT连接；待侦听网络上设有串联的第一设备和第二设备，第一以太网接口模块与第一设备连接，第二以太网接口模块与第二设备连接，第一以太网接口模块还与第二以太网接口模块连接；第一以太网接口模块接收第一设备传输的下行数据，下行数据通过第一以太网接口模块传输给FPGA，FPGA对下行数据进行侦听后，将侦听到的数据通过窄带物联网模块NB‑IoT传输给云服务器；FPGA还将下行数据通过第三以太网接口模块全部传输给监听计算机；下行数据还依次通过第一以太网接口模块和第二以太网接口模块，实现数据由第一设备直接传输给第二设备，进而第二设备将下行数据传输给网络。

【技术特征摘要】
1.一种网络侦听装置，其特征是，包括：FPGA，所述FPGA分别与第一以太网接口模块、第二以太网接口模块、第三以太网接口模块、通信状态指示模块、电源模块、晶振电路和窄带物联网模块NB-IoT连接；待侦听网络上设有串联的第一设备和第二设备，第一以太网接口模块与第一设备连接，第二以太网接口模块与第二设备连接，第一以太网接口模块还与第二以太网接口模块连接；第一以太网接口模块接收第一设备传输的下行数据，下行数据通过第一以太网接口模块传输给FPGA，FPGA对下行数据进行侦听后，将侦听到的数据通过窄带物联网模块NB-IoT传输给云服务器；FPGA还将下行数据通过第三以太网接口模块全部传输给监听计算机；下行数据还依次通过第一以太网接口模块和第二以太网接口模块，实现数据由第一设备直接传输给第二设备，进而第二设备将下行数据传输给网络。2.如权利要求1所述的一种网络侦听装置，其特征是，第二以太网接口模块接收第二设备传输的上行数据，上行数据依次通过第二以太网接口模块传输给FPGA，FPGA对上行数据进行侦听后，将侦听到的数据通过窄带物联网模块NB-IoT传输给云服务器；FPGA还将上行数据通过第三以太网接口模块全部传输给监听计算机；上行数据还依次通过第二以太网接口模块和第一以太网接口模块，实现数据由第二设备直接传输给第一设备，进而第一设备将上行数据传输给网络。3.如权利要求1所述的一种网络侦听装置，其特征是，所述第一以太网接口模块，包括：依次连接的第一PHY芯片、第一网口变压器和第一RJ45网口；其中第一PHY芯片与FPGA连接，第一RJ45网口与第一设备连接；所述第二以太网接口模块，包括：依次连接的第二PHY芯片、第二网口变压器和第二RJ45网口；其中第二PHY芯片与FPGA连接，第二RJ45网口与第二设备连接；第一RJ45网口的接收信号线与第二RJ45网口的发送信号线通过PCB布线相连；第一RJ45网口的发送信号线与第二RJ45网口的接收信号线通过PCB布线相连；所述第三以太网接口模块，包括：依次连接的第三PHY芯片、第三网口变压器和第三RJ45网口；其中第三PHY芯片与FPGA连接，第三RJ45网口与监听计算机连接；窄带物联网模块NB-IoT将FPGA侦听到的数据无线传输给云服务器，同时还接收云服务器的远程监听命令。4.如权利要求1所述的一种网络侦听装置，其特征是，所述FPGA，包括：CPU软核模块、NB-IOT驱动模块、上传模块、时间戳模块、第一数据帧封装模块、第二数据帧封装模块、第一端口、第二端口和第三端口；所述CPU软核模块，用于解析第一数据帧封装模块或第二数据帧封装模块封装后的数据帧，提取所需的设备状态信息，并控制NB-IOT驱动模块发送给窄带物联网模块NB-IoT，窄带物联网模块NB-IoT将数据发送给云服务器；同时CPU软核模块处理操作人员经窄带物联网模块NB-IoT远程操控的指令，完成相应的操作；所述NB-IOT驱动模块，用于实现CPU软核对窄带物联网模块NB-IoT的正常操作；所述第一端口接收第一以太网接口模块上传的数据，并将上传数据通过第一数据帧封装模块封装后，通过上传模块发送给第三端口，同时将封装后的数据上传给CPU软核处理，使用NB-IOT驱动模块发送至窄带物联网模块NB-IoT，窄带物联网模块NB-IoT发送给云服务器；所述第二端口接收第二以太网接口模块上传的数据，并将上传数据通过第二数据帧封装模块封装后，通过上传模块发送给第三端口，同时将封装后的数据上传给CPU软核处理，使用NB-IOT模块发送至窄带物联网模块NB-IoT，窄带物联网模块NB-IoT发送给云服务器。5.一种网络侦听系统，其特征是，包括：网络侦听装置、云服务器、监听计算机、实时工业以太网的第一设备和第二设备；实时工业以太网的数据传输给第一设备，第一设备通过网络侦听装置的第一以太网接口模块将数据上传给网络侦听装置，同时，第一以太网接口模块的数据直接通过第二以太网接口模块传输给第二设备，网络侦听装置对上传的数据进行侦听，将侦听到的所有数据通过第三以太网接口模块直接传输给监听计算机；网络侦听装置根据预置的不同类型网络对应的数据帧解析方法或者用户自行编写的数据帧解析方法，对上传的数据进行相应的解析，获取所需要的设备反馈信息，随后将解析得到的数据上传给云服务器。6.一种网络侦听方法，其特征是，包括：步骤(1)：根据待侦听网络的拓扑类型，编写对应的网络的数据帧解析方法并下载到到网络侦听装置中；步骤(2)：根据待侦听网络的拓扑类型，选择网络侦听装置在待侦听网络中的安装位置；步骤(3)：侦听下行数据时，工业实时以太网的数据从第一设备传输给网络侦听装置的第一以太网接口模块；步骤(4)：网络侦听装置的第一以太网接口模块直接将第一设备传输过来的数据通过第二以太网接口模块发送给第二设备，同时将第一设备传输过来的数据上传给FPGA；步骤(5)：FPGA对接收的数据分两条支路处理，第一条支路是将接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承瑞，马学斌，姬帅，
申请(专利权)人：山东易码智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37