TRDP协议交换机论文和设计-罗仁胜

全文摘要

本申请涉及一种TRDP协议交换机，包括交换机核心板，以太网变压器以及以太网接口。其中，交换机核心板包括内置ARM控制器的交换芯片，以及连接交换芯片的接口电路；以太网接口包括常规传输端口和TRDP过滤端口。接口电路通过以太网变压器分别连接常规传输端口和TRDP过滤端口；常规传输端口和TRDP过滤端口均用于连接列车设备。基于上述结构，ARM控制器可根据TRDP协议，配置交换芯片，实现车载设备间的以太网数据通信；同时，可通过常规传输端口和TRDP过滤端口，实现特定端口间的VLAN和TRDP过滤功能，对特定端口实现TRDP数据包过滤和定向转发，避免终端设备出现丢包的现象，提高轨道交通的数据传输的实时性和可靠性。

主设计要求

1.一种TRDP协议交换机，其特征在于，包括：交换机核心板，以太网变压器以及以太网接口；所述交换机核心板包括内置ARM控制器的交换芯片，以及连接所述交换芯片的接口电路；所述以太网接口包括常规传输端口和TRDP过滤端口；所述接口电路通过所述以太网变压器分别连接所述常规传输端口和所述TRDP过滤端口；所述常规传输端口和所述TRDP过滤端口均用于连接列车设备。

设计方案

1.一种TRDP协议交换机，其特征在于，包括：交换机核心板，以太网变压器以及以太网接口；

所述交换机核心板包括内置ARM控制器的交换芯片，以及连接所述交换芯片的接口电路；所述以太网接口包括常规传输端口和TRDP过滤端口；

所述接口电路通过所述以太网变压器分别连接所述常规传输端口和所述TRDP过滤端口；所述常规传输端口和所述TRDP过滤端口均用于连接列车设备。

2.根据权利要求1所述的TRDP协议交换机，其特征在于，所述交换机核心板还包括内存芯片；

所述交换芯片连接所述内存芯片。

3.根据权利要求2所述的TRDP协议交换机，其特征在于，所述内存芯片为DDR3内存芯片。

4.根据权利要求2所述的TRDP协议交换机，其特征在于，还包括电源电路；

所述电源电路分别连接所述交换芯片和所述内存芯片。

5.根据权利要求4所述的TRDP协议交换机，其特征在于，所述电源电路包括开关稳压电源；

所述开关稳压电源分别连接所述交换芯片和所述内存芯片。

6.根据权利要求4所述的TRDP协议交换机，其特征在于，所述开关稳压电源包括第一电源转换芯片，第二电源转换芯片和第三电源转换芯片；

所述第一电源转换芯片、所述第二电源转换芯片连接所述交换芯片；

所述第三电源转换芯片分别连接所述交换芯片和所述内存芯片。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的TRDP协议交换机，其特征在于，所述交换芯片为三层交换机芯片；所述接口电路为千兆接口电路；所述常规传输端口和所述TRDP过滤端口均为千兆以太网接口。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的TRDP协议交换机，其特征在于，还包括连接所述交换机核心板的指示设备。

9.根据权利要求1至6任意一项所述的TRDP协议交换机，其特征在于，所述常规传输端口为M12接口或RJ45接口。

10.根据权利要求1至6任意一项所述的TRDP协议交换机，其特征在于，所述TRDP过滤端口为M12接口或RJ45接口。

设计说明书

技术领域

本申请涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种TRDP协议(Train Real-timeData Protocol，列车实时数据协议)交换机。

背景技术

普通交换机仅能实现为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路，随着轨道交通以太网终端设备数量的激增，以太网的标准IEC61375-3-4-2014中规定了列车通信网络(Train communication network，TCN)中以太网通讯网络(Ethernet ConsistNetwork，ECN)的标准，新标准已逐步应用到中国轨道交通领域。TRDP协议，用于轨道交通实时以太网络，对于轨道交通用以太网，提高实时性、确保可靠性也是必不可少的条件。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：当多设备、多通道、多网络同时进行数据传输时，连接传统交换机的终端设备会同时接收到常规数据包与TRDP数据包。当数据量较大的情况下，终端设备容易出现丢包的现象，影响轨道交通的数据传输的实时性和可靠性。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统交换机在数据量大时，轨道交通的数据传输的实时性和可靠性低的问题，提供一种TRDP协议交换机。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种TRDP协议交换机，包括：交换机核心板，以太网变压器以及以太网接口；交换机核心板包括内置ARM(Advanced RISC Machines)控制器的交换芯片，以及连接交换芯片的接口电路；以太网接口包括常规传输端口和TRDP过滤端口。接口电路通过以太网变压器分别连接常规传输端口和TRDP过滤端口；常规传输端口和TRDP过滤端口均用于连接列车设备。

在其中一个实施例中，交换机核心板还包括内存芯片；交换芯片连接内存芯片。

在其中一个实施例中，内存芯片为DDR3内存芯片。

在其中一个实施例中，还包括电源电路；电源电路分别连接交换芯片和内存芯片。

在其中一个实施例中，电源电路包括开关稳压电源；开关稳压电源分别连接交换芯片和内存芯片。

在其中一个实施例中，开关稳压电源包括第一电源转换芯片，第二电源转换芯片和第三电源转换芯片；第一电源转换芯片、第二电源转换芯片连接交换芯片；第三电源转换芯片分别连接交换芯片和内存芯片。

在其中一个实施例中，交换芯片为三层交换机芯片；接口电路为千兆接口电路；常规传输端口和TRDP过滤端口均为千兆以太网接口。

在其中一个实施例中，还包括连接交换机核心板的指示设备。

在其中一个实施例中，常规传输端口为M12接口或RJ45接口。

在其中一个实施例中，TRDP过滤端口为M12接口或RJ45接口。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

TRDP协议交换机，包括交换机核心板，以太网变压器以及以太网接口。交换机核心板包括内置ARM控制器的交换芯片，以及连接交换芯片的接口电路；以太网接口包括常规传输端口和TRDP过滤端口。接口电路通过以太网变压器分别连接常规传输端口和TRDP过滤端口；常规传输端口和TRDP过滤端口均用于连接列车设备。基于上述结构，ARM控制器可根据TRDP协议，配置交换芯片，实现车载设备间的以太网数据通信；同时，可通过常规传输端口和TRDP过滤端口，实现特定端口间的VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)和TRDP过滤功能，对特定端口实现TRDP数据包过滤和定向转发，避免终端设备出现丢包的现象，提高轨道交通的数据传输的实时性和可靠性。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中TRDP协议交换机的第一示意性结构图；

图2为一个实施例中TRDP协议交换机的第二示意性结构图；

图3为一个实施例中TRDP协议交换机的第三示意性结构图；

图4为一个实施例中千兆以太网接口的结构示意图；

图5为一个实施例中TRDP协议交换机的第四示意性结构图；

图6为一个实施例中电源电路的第一示意性结构图；

图7为一个实施例中电源电路的第二示意性结构图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和\/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

轨道交通的刹车系统和安全监控系统等对数据实时性要求高，因此，列车通信网络的实时性和可靠性对轨道交通系统会造成极大的影响。本申请实施例可实现TRDP数据与常规数据的分路传输，提高列车通信网络的可靠性、实时性和稳定性。

在一个实施例中，提供一种TRDP协议交换机，如图1所示，图1为一个实施例中TRDP协议交换机的第一示意性结构图，包括：交换机核心板，以太网变压器以及以太网接口；交换机核心板包括内置ARM控制器的交换芯片，以及连接交换芯片的接口电路；以太网接口包括常规传输端口和TRDP过滤端口。接口电路通过以太网变压器分别连接常规传输端口和TRDP过滤端口；常规传输端口和TRDP过滤端口均用于连接列车设备。

具体而言，TRDP协议交换机中，交换机核心板通过以太网变压器连接以太网接口，以太网接口用于连接列车设备。其中，交换机核心板包括接口电路以及内置ARM控制器的交换芯片，以太网接口包括常规传输端口和TRDP过滤端口。交换芯片通过接口电路连接以太网变压器，以太网变压器分别连接常规传输端口和TRDP过滤端口。常规传输端口和TRDP过滤端口均可用于连接列车设备，为列车设备传输通信数据。

需要说明的是，交换机核心板中，ARM控制器可用于配置交换芯片，实现TRDP协议数据传输、交换、过滤并且可实现VLAN划分。同时，ARM控制器还可用于系统初始化等。具体地，在其中一种配置方式中，用户可通过任一网口登陆Web Server，通过Web Server配置交换机的VLAN，并且，可通过Web Server配置交换机的TRDP过滤端口，进而实现特定端口间的VLAN和TRDP过滤功能。应该注意的是，基于上述结构，上述配置交换机的VLAN和TRDP过滤端口可通过多种现有技术来实现，在此不做具体限制。

交换芯片可用于实现轨道交通ETBN(Ethemet Train Bus Nod，列车总线节点)骨干网交换机的功能，诸如R-NAT铁路专用网络地址转换和TTDP列车拓扑发现协议等，进行列车的车载设备数据以太网传输，进而实现列车的车载设备的以太网交互，提高轨道交通中以太网传输的可靠性和实时性。并且，交换芯片还可将大型网络分割为层级化的子网，支持ETB(Ethemet Train Backbone，列车以太骨干网络)自动IP(Internet Protocol Address，网际协议地址)重新分配，并允许数据和信息跨网通讯，符合IEC61375-2-5和IEC61375-3-4标准。基于此，本申请实施例能够兼容EN-50155标准，满足铁路车载应用。

接口电路用于实现交换芯片与外部设备的数据交互。具体地，接口电路可为以太网接口电路。基于此，在数据上行方向，列车设备的数据报文可通过接口电路发送给交换芯片，由交换芯片依据相应的表项对数据报文进行处理后，可通过接口电路发送至以太网。在数据下行方向，以太网的数据报文通过接口电路发送给交换芯片，由交换芯片依据相应的表项对数据报文进行处理后，可通过接口电路发送至相应的端口连接的列车设备。同时，在列车设备间的数据互传时，第一列车设备的数据报文通过接口电路发送给交换芯片，由交换芯片依据相应的表项对数据报文进行处理后，可通过接口电路发送至第二列车设备。

常规传输端口可用于传输常规数据和TRDP数据，实现列车设备接入列车通信网络。TRDP过滤端口可用于实现TRDP数据包过滤，实现交换机中特定端口间的TRDP过滤功能。应该注意的是，常规传输端口或TRDP过滤端口也可用于连接接入网设备，实现与以太网的通信连接。基于此，本申请实施例可实现TRDP数据与常规数据分路传输，避免终端设备出现丢包的现象，提高列车通信网络的可靠性、实时性、稳定性。

在轨道交通系统中，在列车设备中，终端设备可包括TRDP终端设备和常规终端设备。本申请实施例，能实现TRDP终端设备间的数据交互以及TRDP数据的快速过滤和定向传输，满足轨道交通以太网对实时性的要求。通过轨道交通专用以太网数据的过滤，可保证终端设备只接收普通数据包或TRDP数据包，有利于提高以太网终端设备的工作效率。同时，本申请实施例还可对TRDP终端设备进行VLAN划分，以实现TRDP终端设备和常规终端设备在同一网络下的虚拟局域网分组交换功能。

在一个实施例中，如图2所示，图2为一个实施例中TRDP协议交换机的第二示意性结构图，交换机核心板还包括内存芯片；交换芯片连接内存芯片。

具体而言，在TRDP协议交换机中，交换机核心板还包括连接交换芯片的内存芯片。内存芯片可用于缓存常规数据和TRDP数据，提高列车通信网络中的数据调度传输的效率和可靠性。

在一个实施例中，内存芯片为DDR3内存芯片。

具体而言，TRDP协议交换机中，内存芯片可为DDR3内存芯片。DDR3内部相当于存储表格，和表格的检索相似，需要先指定行地址(row)，再指定列地址(column)，这样就可以准确的找到需要的单元格。对于DDR3内存芯片，单元格称为基本存储单元(也就是每次能从该DDR3内存芯片读取的最小数据)。存储表格称为逻辑bank，DDR3内存芯片包括8个bank，也就是说有8个这样的存储表格，所以寻址的流程是先指定bank地址，再指定行地址，最后指列地址来确定基本存储单元，每个基本存储单元的大小等于该DDR3芯片的数据线位宽，也就是每次能从单个DDR3芯片读取的最小数据长度。

在一个实施例中，如图2所示，还包括电源电路；电源电路分别连接交换芯片和内存芯片。

具体而言，TRDP协议交换机还包括分别连接交换芯片和内存芯片的电源电路。电源电路可通过转换外部电源，可为各芯片提供标准电源。

在一个实施例中，电源电路包括开关稳压电源；开关稳压电源分别连接交换芯片和内存芯片。

具体而言，电源电路可包括分别连接交换芯片和内存芯片发开关稳压电源。开关稳压电源具有使用简单、效率高、转换压差大、电流输出能力强、发热量小等特点，可提高交换机核心板的可靠性。

在一个实施例中，如图3所示，图3为一个实施例中TRDP协议交换机的第三示意性结构图，开关稳压电源包括第一电源转换芯片，第二电源转换芯片和第三电源转换芯片；第一电源转换芯片、第二电源转换芯片连接交换芯片；第三电源转换芯片分别连接交换芯片和内存芯片。

具体而言，开关稳压电源可包括三种电源转换芯片，分别提供不同的标准电压，以满足交换机核心板的供电需求。

在一个具体的示例中，第一电源转换芯片可为RT8210BGSP，提供1.0V(伏)电源；第二电源转换芯片可为RT7264AZQW，提供3.3V电源；第三电源转换芯片可为RT7266ZSP，提供1.5V电源。

在一个实施例中，交换芯片为三层交换机芯片；接口电路为千兆接口电路；常规传输端口和TRDP过滤端口均为千兆以太网接口。

具体而言，TRDP协议交换机中，交换机核心板的交换芯片为三层交换机芯片，接口电路为千兆接口电路，以太网接口为千兆以太网接口。如图4所示，图4为一个实施例中千兆以太网接口的结构示意图。千兆接口电路以及千兆以太网接口，可向下兼容10\/100M以太网。此外，本申请实施例可采用以太网接口模块，内置千兆以太网变压器，结构简单可靠。

在一个实施例中，还包括连接交换机核心板的指示设备。

具体而言，TRDP协议交换机还可包括指示设备。指示设备可用于提示交换机的运行状态，和\/或在交换机发生故障时发起警报，从而提高交换机的可靠性。具体地，指示设备可为LED等提示灯、蜂鸣器以及警报器等，在此不做具体限制。

在一个实施例中，常规传输端口为M12接口或RJ45接口。

具体而言，TRDP协议交换机中，常规传输端口可为M12接口或RJ45接口。其中，M12接口便于接入列车设备，RJ45接口便于接入以太网。

在一个实施例中，TRDP过滤端口为M12接口或RJ45接口。

具体而言，TRDP协议交换机中，TRDP过滤端口可为M12接口或RJ45接口。其中，M12接口便于接入列车设备，RJ45接口便于接入以太网。

在一个实施例中，如图5所示，图5为一个实施例中TRDP协议交换机的第四示意性结构图，TRDP协议交换机中，交换机芯片可为三层交换机芯片BCM53344，接口电路为16路千兆接口电路，以太网变压器为16路千兆以太网变压器，以太网接口为16路千兆以太网M12接口、内存芯片为DDR3内存芯片。

三层交换机芯片BCM53344分别与16路千兆接口电路、DDR3内存芯片和电源电路连接。三层交换机芯片BCM53344是博通芯片BCM53344，装载有Linux平台；BCM53344用于实现轨道交通ETBN骨干网交换机的功能，诸如R-NAT铁路专用网络地址转换和TTDP(TrainTopology Discovery Protocol，列车拓扑发现协议)，实现车载设备数据以太网传输。TRDP定向转发及过滤功能，可通过BCM53344内部ACL(Access Control List，访问控制列表)模块实现，用户可通过Web Server设置IP协议类型、TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)源端口\/目的端口、UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)源端口\/目标端口等信息。

其中，BCM53344是一款具有堆叠功能的高性能交换芯片，默认工作在小端模式，提供16个嵌入了GPHY的全双工千兆以太网端口；集成1.5MB(MByte)对数据报文进行缓存的内部内存；支持IPv4和IPv6协议、双标签VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)和QoS(Quality of Service)；内部集成高性能的400MHz(兆赫兹)的ARM Cotex-A9处理器。此外，DDR3内存芯片可为MT41K128M16JT；用于三层交换机芯片BCM53344运行时的内存。

电源电路可如图6、7所示，图6为一个实施例中电源电路的第一示意性结构图，图7为一个实施例中电源电路的第二示意性结构图。电源电路中，可由RT8210BGSP提供1.0V电源，由RT7264AZQW提供3.3V电源，由RT7266ZSP提供1.5V电源。

本申请实施例ARM控制器可根据TRDP协议，配置交换芯片，实现车载设备间的以太网数据通信；同时，可通过常规传输端口和TRDP过滤端口，实现特定端口间的VLAN和TRDP过滤功能，对特定端口实现TRDP数据包过滤和定向转发，避免终端设备出现丢包的现象，提高轨道交通的数据传输的实时性和可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

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