一种适用于Profibus的光纤通信方法技术

本发明专利技术涉及通信技术领域，具体的说是一种适用于Profibus的光纤通信方法。本发明专利技术在Profibus数据帧通过光路进行发送的过程中，包括以下步骤：在网络节点的LP端口接收电信号数据帧；在本地检测该数据帧的目的地址和源地址；根据源地址更新LP端口地址表，根据目的地址和两个光口的地址表选择发送策略：如果目的地址存在于某一光口地址表中，则从该光口发送该数据帧；如果目的地址不存在于任一光口地址表中，则从两个光口同时发送该数据帧。本发明专利技术可以直接将现有的使用电信号通信的Profibus总线扩展为光纤介质通信。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，具体的说是一种适用于Profibus的光纤通信方法。
技术介绍
在现场总线通信媒介中，常用的传输介质有双绞线、电力系统、同轴电缆等。传统的电通信介质布线较复杂，抗干扰能力相对较差，且对于拓扑结构的支持比较单一。相对于传统的电信号传输，光纤通信有着传输速率高、信道容量大、传输距离远、损耗低、抗干扰能力强等优点。近年来，光通信技术在高速现场总线通信领域的应用已成为一个研究热点。并且在很多场合得到了应用。随着现场总线网络化的发展趋势，需要通信系统能够支持包括总线型、星系、环形、混合型在内的多种网络拓扑结构。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术提出一种适用于Profibus的光纤通信系统的设计方法，使用一片FPGA，在FPGA内部实现了通信的物理层，数据链路层和网络层的功能。在OSI/RM(开放系统互连参考模型)的物理层，数据链路层和网络层的功能。并着重在数据链路层和网络层实现了帧转发功能。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种适用于Profibus的光纤通信方法，在Profibus数据帧通过光路进行发送的过程中，包括以下步骤：在网络节点的LP端口接收电信号数据帧；在本地检测该数据帧的目的地址和源地址；根据源地址更新LP端口地址表，根据目的地址和两个光口的地址表选择发送策略：如果目的地址存在于某一光口地址表中，则从该光口发送该数据帧；>如果目的地址不存在于任一光口地址表中，则从两个光口同时发送该数据帧；在将光信号数据帧进行转发或转换为Profibus数据帧的过程中，包括以下步骤：在网络节点的OP光口接收光信号数据帧；在本地检测该数据帧的目的地址和源地址；根据源地址更新OP光口地址表，根据目的地址、另外一个光口的地址表和LP端口地址表选择发送策略：如果目的地址存在于另外一个光口的地址表或LP端口地址表中，则从该光口或LP端口发送该数据帧；如果目的地址不存在于任一地址表中，则从该光口和LP端口同时发送该数据帧。所述光信号数据帧包括：同步周期、帧起始字节、数据或控制位、目的地址、源地址、帧长度、数据区、帧结束字节。所述根据源地址更新LP端口/OP光口地址表，包括以下过程：初始化时，各地址表都为空；在通过光纤收到的数据解包后，检测其源地址，如果是从第一光口收到的数据帧，且源地址不在本地地址表及第二光口可到达的地址表中出现，则将源地址添加至第一光口可到达的地址表中，表示第一光口可以到达该源地址；如果源地址在第二光口可到达的地址表中出现，则说明已拥有到达此源地址且更短的路径，不需再次添加，将此帧丢弃；如果是从第二光口收到的数据帧，且源地址不在本地地址表及第一光口可到达的地址表中出现，将源地址添加至第二光口可到达的地址表。还包括：如果通过光纤收到的数据帧的源地址是本机地址，说明链路中出现环，为避免数据不停在线路上转发，直接将此帧丢弃。如果第一光口在空闲状态下，无法正常收到相邻的节点发送的同步数据K28.5，则通过第二光口发布链路状态帧，即数据或控制位为1的控制帧；帧的数据区是第一光口可到达的地址表的内容；第二光口发生故障时，通过第一光口发送此控制帧。接收到控制帧的光口将此光口对应表中所有在此控制帧中出现的地址删除，表示此光口已无法到达数据帧中的地址；同时将此控制帧通过另一光口继续发送；如果控制帧中的所有地址均未在表中出现，则停止转发此控制帧。本专利技术具有以下优点及有益效果：1.可以直接将现有的使用电信号通信的Profibus总线扩展为光纤介质通信。2.支持多种拓扑结构，并具有一定的自适应功能。对双环网拓扑的支持提供了通信系统的可靠性。3.对帧内容进行解析，在进行多端口转发的时候具有更高的灵活性，可以有效减少网络流量。附图说明图1为本专利技术单个通信模块的数据传输三角形；图2为帧转发方式的帧格式定义；图3为本专利技术实验使用的冗余环网拓扑图；图4为本专利技术实验使用的冗余环网在发生故障之后的拓扑图；图5为本专利技术实验使用的冗余环网在经过故障自愈后的拓扑图；图6为本专利技术通信模块的结构图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术使用帧转发方式实现了物理层、数据链路层及网络层内的操作。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：形成各种不同网络拓扑的基本单位是网络节点，在本设计中，每个节点的功能可以简化为如图1所示的数据传输三角形。LP表示本地通信端口，是提供给本地的其他处理单元的接口。OP表示光口，每个节点有两个光口，数据可以通过光口发送并在光纤上传输，发送至与其连接的节点。如果是使用光中继的方式，数据传输仅存在与OP1和OP2之间。若作为在通信中的发送者或接受者，则需要同LP端口进行通信。每次的数据发送、接收及处理的基本单位都为帧。帧转发方式的帧格式定义如图2所示。8b/10b编码是一种通过将8bit数据编码为10bit数据在串行总线上传输，使数据流中的1和0的数量相等，以获得线路的直流平衡。在非直流平衡的高速串行通信线路中，当存在多个连续的逻辑0或逻辑1电平的时候，信号若随后发生转换，就会因为电压位阶的原因导致传输信号发生错误，直流平衡的最大作用就是避免在串行数据流中出现较长的0或1，从而解决这个问题。为了能够获得更高的稳定性，在帧转发方式的设计中采用了8b/10b编码方式。SYN使用8b/10b编码中的10B编码K28.5(b'0011111010或b'1100000101)来同步。只有当收到3个连续的SYN之后，才认为线路进入可靠接收模式。分别采用8b/10b编码中的10B编码K27.7和K29.7来表示SOF和EOF。这是为了在接收端能够方便的辨识数据帧的开始与结束位置。D/C表示帧的类型是数据帧或控制帧，控制帧主要作用是在无法正确接收相邻节点发送的信号时，往相邻的节点发送自身的链路状态。DA和SA分别表示帧的目的地址和源地址。在进行帧转发的时候使用。LE表示数据区域的长度。DATA是存放数据的区域。本系统的节点模块采用FPGA实现。帧转发方式的结构如图6所示。图中靠近上部的RxFIFO和TxFIFO是本通信系统为上层应用提供的操作接口。写入TxFIFO的数据将通过光纤发送至其他现场总线的通信节点。从光纤接口接收的数据最终会被写入RxFIFO，等待本地处理器读出。系统中的FIFO都采用异步FIFO，异步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于Profibus的光纤通信方法，其特征在于，在Profibus数据帧通过光路进行发送的过程中，包括以下步骤：在网络节点的LP端口接收电信号数据帧；在本地检测该数据帧的目的地址和源地址；根据源地址更新LP端口地址表，根据目的地址和两个光口的地址表选择发送策略：如果目的地址存在于某一光口地址表中，则从该光口发送该数据帧；如果目的地址不存在于任一光口地址表中，则从两个光口同时发送该数据帧；在将光信号数据帧进行转发或转换为Profibus数据帧的过程中，包括以下步骤：在网络节点的OP光口接收光信号数据帧；在本地检测该数据帧的目的地址和源地址；根据源地址更新OP光口地址表，根据目的地址、另外一个光口的地址表和LP端口地址表选择发送策略：如果目的地址存在于另外一个光口的地址表或LP端口地址表中，则从该光口或LP端口发送该数据帧；如果目的地址不存在于任一地址表中，则从该光口和LP端口同时发送该数据帧。

【技术特征摘要】
1.一种适用于Profibus的光纤通信方法，其特征在于，在Profibus数据帧
通过光路进行发送的过程中，包括以下步骤：
在网络节点的LP端口接收电信号数据帧；
在本地检测该数据帧的目的地址和源地址；
根据源地址更新LP端口地址表，根据目的地址和两个光口的地址表选择发
送策略：如果目的地址存在于某一光口地址表中，则从该光口发送该数据帧；
如果目的地址不存在于任一光口地址表中，则从两个光口同时发送该数据帧；
在将光信号数据帧进行转发或转换为Profibus数据帧的过程中，包括以下步
骤：
在网络节点的OP光口接收光信号数据帧；
在本地检测该数据帧的目的地址和源地址；
根据源地址更新OP光口地址表，根据目的地址、另外一个光口的地址表和
LP端口地址表选择发送策略：如果目的地址存在于另外一个光口的地址表或LP
端口地址表中，则从该光口或LP端口发送该数据帧；如果目的地址不存在于任
一地址表中，则从该光口和LP端口同时发送该数据帧。
2.根据权利要求1所述的一种适用于Profibus的光纤通信方法，其特征在
于，所述光信号数据帧包括：同步周期、帧起始字节、数据或控制位、目的地
址、源地址、帧长度、数据区、帧结束字节。
3.根据权利要求1所述的一种适用于Profibus的光纤通信方法，其特征在
于，所述根据源地址更新LP端口/OP光口地址表，包括以下过程：
初始化时，各地址表都为空；
在通过光纤收到...

【专利技术属性】
技术研发人员：林浒，刘生，尹震宇，孙树杰，韩旭，
申请(专利权)人：沈阳高精数控智能技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21