專利名稱：家庭網(wǎng)絡(luò)適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種將具備TCP/IP協(xié)議棧的節(jié)點(diǎn)互相組建家庭局域網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，家庭網(wǎng)絡(luò)適配器。
家庭網(wǎng)絡(luò)是一種面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，自這個(gè)概念提出以來(lái)，它的發(fā)展非常迅速，組網(wǎng)形式也日趨多樣化，針對(duì)不同的接入技術(shù)目前存在多種技術(shù)規(guī)范，如HomePNA、SWAP、IEEE1394、HomeRF、IEEE802.11、Bluetooth、SCP、ECHONET等等。這些標(biāo)準(zhǔn)有的以電話線、有線電視線路、光纖、電力線路為媒介構(gòu)筑有線網(wǎng)絡(luò)，有的則屬于無(wú)線網(wǎng)范疇。所有這些技術(shù)當(dāng)中，成本與功能仍是大家關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)于面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，原則上功能只需夠用，成本應(yīng)盡量低，連接要非常簡(jiǎn)單。依據(jù)這樣的標(biāo)準(zhǔn)，上述各種標(biāo)準(zhǔn)都存在這樣那樣的問(wèn)題，或者需要重新布線、或者依賴昂貴的接入技術(shù)、或者需要占用過(guò)多的資源，不適應(yīng)大規(guī)模普及的需求。隨著基礎(chǔ)通訊技術(shù)的發(fā)展，將家庭網(wǎng)絡(luò)依據(jù)LAN標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為技術(shù)前沿的共識(shí)，但低成本的通用家庭網(wǎng)絡(luò)適配器產(chǎn)品至今尚未出現(xiàn)。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)技術(shù)背景中的缺點(diǎn)和問(wèn)題加以改進(jìn)，提供一種低成本、適合大規(guī)模生產(chǎn)的創(chuàng)新產(chǎn)品，家庭網(wǎng)絡(luò)適配器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣的，具備TCP/IP協(xié)議棧的信息家電互聯(lián)組建家庭局域網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，由中央處理單元和通訊接口單元兩部分組成，它的特點(diǎn)是，中央處理單元包含HNP協(xié)議棧，可實(shí)現(xiàn)令牌總線局域網(wǎng)的互聯(lián)模式，該協(xié)議棧保存在通用單片機(jī)系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中；并口UART、串行通訊口、PLC通訊模塊共同構(gòu)成通訊接口單元，其中串行通訊口在電路板上與PLC通訊模塊直接連接。它的另一個(gè)特點(diǎn)是，并口UART可通過(guò)25芯電纜與IP連接器或IP網(wǎng)關(guān)相連；串行通訊口可通過(guò)線纜與藍(lán)牙模塊相連；PLC通訊模塊可通過(guò)任意介質(zhì)的電力線與家庭網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)相連。
本實(shí)用新型的效果及優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)合實(shí)際，面向應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)可行；特別適合小信息流對(duì)象的監(jiān)測(cè)與控制；2、組網(wǎng)簡(jiǎn)單，無(wú)需布線，即插即用，配置靈活，擴(kuò)充方便；3、網(wǎng)絡(luò)健壯，自主管理，數(shù)據(jù)可靠；4、聯(lián)通性強(qiáng)，依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；5、是實(shí)現(xiàn)家用電器共享智能、協(xié)同工作的基礎(chǔ)。
本實(shí)用新型的實(shí)施方式由以下附圖給出

圖1是原理方框圖圖2是電路原理圖圖1中1、HNP協(xié)議棧；2、并口UART；3、串行通訊口；4、藍(lán)牙模塊；5、PLC通訊模塊；6、家庭網(wǎng)絡(luò)；7、IP連接器或IP網(wǎng)。
圖2中U1:80C320；U2:74HC373；U3:62256；U4:IMP813L；U5:27512；U6:GAL16V8；U7:74HC273；U8:74HC273；U9:74HC245；U10:74HC273；U11:74HC245；DB1:9芯藍(lán)牙接口；DB2:25芯并口；P1:4芯插座；P2:2單元接線柱；T1:11.0592MHz晶振；R1、R2:10KΩ電阻；C1、C2:30p電容；C3、C4、C5、C6、C7、C8:0.1μ電容；E1:47μ電解電容；L1:LED發(fā)光二極管。
圖中標(biāo)注一致的直接相連。
本實(shí)用新型將從硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)模式兩部分結(jié)合附圖討論。
從硬件結(jié)構(gòu)上可以將HNA分為中央處理單元和通訊接口單元兩部分。原理見附圖。
中央處理單元是一個(gè)典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，它由P1、U1、U2、U3、U4、U5、U6集成電路及其外圍元件構(gòu)成，提供8位的計(jì)算能力、32KRAM、64KEPROM，工作主頻33MHz。其中U4作為復(fù)位發(fā)生及看門狗電路，其RESET與U1的RESET腳相連，WDI與U1的P1.7相連。U2實(shí)現(xiàn)地址總線的低8位。U6實(shí)現(xiàn)地址譯碼和片選，提供并口通訊的讀寫信號(hào)。U5是32KRAM用作通訊數(shù)據(jù)緩存并存放各種臨時(shí)參量。U3是64KEPROM，用于存放程序代碼。P1是電源接口，+5V電源經(jīng)平滑、濾波后給所有板上電路供電。另外由晶振T1提供U1的主頻信號(hào)，連接U1的X1和X2；L1實(shí)現(xiàn)工作指示。
通訊接口單元由U7、U8、U9、U10、U11、KQ1、DB1、DB2、P2組成，其中U7、U9、U10、U11和DB2共同組成與IP連接器或IP網(wǎng)關(guān)通訊的8位雙向并口，以中斷形式驅(qū)動(dòng)。U8、KQ1、P2、DB1構(gòu)成局域網(wǎng)連接的物理鏈路，KQ1是14400Bps的PLC模塊，P2接線柱直接連接電力線的零線和火線實(shí)現(xiàn)載波傳輸。DB1是標(biāo)準(zhǔn)BlueTooth接口，可外連接標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙模塊。U8提供通訊應(yīng)答電平。這里，藍(lán)牙和PLC共同占用U1的串口0。
U1的P0口作數(shù)據(jù)總線，P00～P07與U2、U3、U5、U8的D0～D7相連，與U7的D1～D8相連，與U11的B0～B7相連，U7、U9、U10、U11構(gòu)成并口驅(qū)動(dòng)邏輯，其中U7的Q1～Q8與U9的A0～A7相連，U9的B0～B7與U10的D1～D8相連，與DB2的2～9腳相連，U10的Q1～Q8與U11的A0～A7腳相連。
U1的P2構(gòu)成地址總線的高8位AS～A15,U2的Q0～Q7構(gòu)成地址總線的低8位A0～A7，其中A0～A15與U5的A0～A15腳相連，與U3的A0～A14相連，A0、A15與U6的IN1、IN4相連。
U1的P1口中P1.6(INT4)用做工作指示，與L1相連，L1通過(guò)R2連接VCC。
U1的INT0、INT1、INT2、INT3、T2EX、RXD0、TXD0腳分別用做ACK、STB、RTS0、DTR0、BUSY、RXD0、TXD0通訊控制信號(hào)，其中RXD0、TXD0與KQ1的RX、TX腳相連，并連接DB1的3、2腳；U8輸出的CTS0、DSR0、CD0、RI0信號(hào)與DB1的8、6、1、9腳相連，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙接口；STB、ACK、BUSY與DB2的1、10、11腳相連；STB連接U10的CLK腳；ACK連接U9的E腳。
U1的RD、WR、ALE/P、PSEN構(gòu)成讀寫及片選控制邏輯，其中ALE與U2的LE腳相連；RD、WR與U3的OE、WE腳相連；PSEN與U5的OE腳相連；RD、WR與U6的IN7、IN8腳相連，U6的輸出I/O3、OUT0、OUT1定義為RD0、WR0和WR1，其中RD0與U11的E腳相連，WR0與U7的CLK腳相連，RD0、WR0與DB2的18、17腳相連，WR1與U8的CLK相連。
U1的P1.0腳與DB2的第19腳相連。
U1的P1.2腳與KQ1的第R/T腳相連。
U1的P1.7腳與U4的WDI腳相連。
L1的X1、X2串接T1，并分別通過(guò)C1、C2接地。
U4輸出的RESET信號(hào)接入U(xiǎn)1的RESET腳。
P1的第1、3腳分別是GND和VCC,GND與VCC間并聯(lián)C3、C4、C5、C6、C7、C8、E1平滑濾波，其中GND除了連接各個(gè)集成電路的GND腳外，還分別連接U1的EA/VP、U2的OE、U5的CE、DB1的第5腳、DB2的15腳；+5V的VCC，除與各集成電路的電源腳相連外，與U7、U8、U10的CLR腳、U9、U11的DIR腳、KQ1的4腳相連，通過(guò)R1與U4的MR、WDO相連。P1的第4腳是引入的VAA，與KQ1的第3腳相連。
P2引入220V交流電，連接KQ1的AC1、AC2腳。
不同于以往信息家電直接上網(wǎng)的模式，我們提出了家居環(huán)境中信息家電實(shí)現(xiàn)點(diǎn)--點(diǎn)互聯(lián)的局域網(wǎng)，通過(guò)代理網(wǎng)關(guān)聯(lián)通因特網(wǎng)的家庭網(wǎng)絡(luò)新模式。
為詳細(xì)說(shuō)明家庭網(wǎng)絡(luò)適配器的工作原理，首先我們約定幾個(gè)概念1、家庭網(wǎng)絡(luò)的物理聯(lián)結(jié)范圍為100米以內(nèi)；2、家庭網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都采用TCP/IP協(xié)議(即應(yīng)用了嵌入式EI技術(shù))；3、家庭網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間可采用有線或無(wú)線的聯(lián)通形式；4、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用對(duì)象是小信息流量的白色家電；5、家庭網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)不大(暫定64個(gè))；6、代理網(wǎng)關(guān)是一個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)，它具備網(wǎng)絡(luò)通訊的同步、仲裁、調(diào)度、路由計(jì)算、聯(lián)接代理等網(wǎng)絡(luò)管理功能，并具備上聯(lián)因特網(wǎng)功能
TCP/IP網(wǎng)絡(luò)參考模型家庭網(wǎng)絡(luò)適配器存在于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，下面分別討論。需要首先說(shuō)明的是由于IP網(wǎng)關(guān)和IP連接器只有連接上家庭網(wǎng)絡(luò)適配器才可接通家庭網(wǎng)絡(luò)，所以，下文中為敘述方便，將IP網(wǎng)關(guān)+網(wǎng)絡(luò)適配器稱作“IP網(wǎng)關(guān)”，IP連接器+網(wǎng)絡(luò)適配器稱作“IP連接器”。另外連接IP網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)適配器具有管理網(wǎng)絡(luò)的特權(quán)。
1、物理層我們通過(guò)電力載波技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)適配器的物理層。
傳輸介質(zhì)和布線問(wèn)題一直是家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的焦點(diǎn)之一，較高的成本和實(shí)際布線的不方便使我們難以達(dá)到“即插即用”的理想目標(biāo)。當(dāng)我們看到每一個(gè)家庭傳統(tǒng)布線的基礎(chǔ)是電力線，而電力線通過(guò)每戶的電表后即形成一條封閉的雙芯(或3芯)總線四通八達(dá)，它的每一個(gè)并聯(lián)的端點(diǎn)就是我們的應(yīng)用對(duì)象-家用電器時(shí)，選擇電力線路作為家庭網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)就不難理解了。當(dāng)然，新技術(shù)的發(fā)展給我們帶來(lái)了藍(lán)牙(BlueTooth)后，無(wú)線通訊技術(shù)也成為另一種選擇。
電力線路依負(fù)載不同，其芯徑和導(dǎo)電材料也有很大的差別，各段電路的內(nèi)阻是不可能完全匹配的，同時(shí)它又是沒(méi)有端頭阻抗匹配的，這給噪聲抑制、數(shù)字編碼、回波消除、時(shí)隙計(jì)算、波特率提高等帶來(lái)了很大的麻煩。得益于已經(jīng)成熟的電力載波技術(shù)，我們可以完全拋開這些障礙，直接將完整的電力載波模塊應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上。
利用電力線路作為家庭網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，通過(guò)在電力線入口處實(shí)現(xiàn)有效的EMI濾波隔離，可以將信號(hào)局限于這個(gè)私有的總線范圍內(nèi)，這樣形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢钥醋魇强偩€型的。理論上100米的銅芯電線，其帶寬是可以達(dá)到百兆b/s的數(shù)量級(jí)，但目前我們可用的模塊其傳輸率僅能達(dá)到14.4KBps，當(dāng)分布式的智能控制越來(lái)越集中在本地MPU上時(shí)，節(jié)點(diǎn)之間的通訊或節(jié)點(diǎn)與主站之間的信息交換將是較小流量的，14400Bps的波特率顯然可暫時(shí)滿足它們的需求。當(dāng)然，我們也期待著25MBps PLC技術(shù)的成熟，那樣多媒體信息的傳輸就完全不成問(wèn)題了，隨時(shí)可更新的“虛擬”家電控制面板等其它未來(lái)的需求也能得到滿足。
無(wú)須另外布線的電力載波技術(shù)，將是我們新型家庭網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，也是我們具體實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。但是，處于發(fā)展前沿的藍(lán)牙技術(shù)才能使我們的家庭網(wǎng)絡(luò)更具生命力，盡管目前它的LSI、多點(diǎn)連接等問(wèn)題尚未達(dá)成一致，只存在企業(yè)級(jí)接口標(biāo)準(zhǔn)，但10Mb/s以上的速率和靈活的安裝形式可以更有效地應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)中。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了藍(lán)牙接口，并在代碼上給予支持。
2、數(shù)據(jù)鏈路層我們參考IEEES02(ISO8802)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)家庭網(wǎng)絡(luò)適配器的數(shù)據(jù)鏈路層，并做了適當(dāng)修改和組合，以適應(yīng)家庭網(wǎng)絡(luò)的特殊環(huán)境，我們把它稱作HNP協(xié)議。首先我們采用IEEES02.2標(biāo)準(zhǔn)作為與協(xié)議無(wú)關(guān)的LLC，并選擇了IEEE802.3的幀格式，在數(shù)據(jù)和填充字段之間依據(jù)IEEE802.4設(shè)計(jì)了1字節(jié)的幀控制字段，而且引入了令牌總線網(wǎng)的數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)概念；其次，我們拋棄了IEEE802標(biāo)準(zhǔn)中所有和模擬設(shè)備有關(guān)的概念，抽象出純粹的數(shù)字模型；最后，我們?cè)谄降葘?duì)待所有站點(diǎn)的同時(shí)，賦予IP代理網(wǎng)關(guān)特殊的權(quán)利。下面來(lái)具體描述它。
對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)的MAC子層，我們采用修正的802標(biāo)準(zhǔn)，幀格式如下7字節(jié) 1字節(jié)6字節(jié) 6字節(jié)2字節(jié)0～1500 1字節(jié) 0～374字節(jié) 其中先導(dǎo)字段內(nèi)容是7個(gè)字節(jié)的10101010，它用來(lái)使接收方與發(fā)送方的時(shí)鐘同步；開始標(biāo)志是10101011單字節(jié)，標(biāo)志著幀本身的開始；目的地址48位，其最高位是地址類型，當(dāng)它為0時(shí)表示普通地址，當(dāng)它為1時(shí)表示組地址，組地址允許多個(gè)站點(diǎn)使用同一地址，由此實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)播送和廣播發(fā)送；第46位是地址范圍標(biāo)志，為0時(shí)表示全局地址，為1時(shí)表示內(nèi)部地址。
源地址48位，第46位是地址范圍標(biāo)志，為0時(shí)表示全局地址，為1時(shí)表示內(nèi)部地址。
這樣整個(gè)地址空間可達(dá)七萬(wàn)億個(gè)，以保證世界上沒(méi)有兩個(gè)地址相同的站點(diǎn)。
長(zhǎng)度字段指明數(shù)據(jù)字段中的字節(jié)數(shù)，其值為0～1500,0字節(jié)是合法的，但因?yàn)橐笳麄€(gè)幀的最小長(zhǎng)度是64字節(jié)，所以當(dāng)數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度小于37時(shí)，使用填充字段以達(dá)到要求的最短長(zhǎng)度。
由于在數(shù)據(jù)鏈路層之上我們應(yīng)用了IP數(shù)據(jù)報(bào)，在MAC之上的LLC層，我們采用RFC1042推薦的在IEEES02網(wǎng)絡(luò)上傳輸IP數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)字段由LLC、DATA、PAD組成，其中LLC的開始是LLC子層的目的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(DSAP)，這里設(shè)置成170；其后是源服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(SSAP)，也設(shè)置成170；然后是標(biāo)準(zhǔn)的LLC控制原語(yǔ)和SNAP控制；最后是以太類型，這里我們使用自定義的A000H表示本文所述的家庭網(wǎng)絡(luò)。
LLC的工作過(guò)程如下發(fā)送站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層使用LLC訪問(wèn)原語(yǔ)將分組傳給LLC,LLC子層給它加上LLC頭，在其中包含了序列和確認(rèn)號(hào)，然后將加工后的結(jié)果嵌入MAC子層的有效載荷中發(fā)送出去，接收方執(zhí)行相反的過(guò)程。這是一種有確認(rèn)的數(shù)據(jù)報(bào)和可靠的面向連接的服務(wù)過(guò)程。
幀控制字段用于區(qū)別數(shù)據(jù)幀與控制幀，這里我們參考802.4令牌總線MAC子層中幀控制字段的定義。當(dāng)傳送控制幀時(shí)，它描述為幀控制原語(yǔ)；當(dāng)傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，它帶有該幀的優(yōu)先級(jí)別，我們定義了四種優(yōu)先級(jí)0、2、4、6，最低為0，最高為6。
四字節(jié)的校驗(yàn)和字段采用循環(huán)冗余校驗(yàn)算法(CRC)以避免傳輸差錯(cuò)。
在物理結(jié)構(gòu)上，家庭網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)線形或樹行的電纜總線，其上連接著各個(gè)站點(diǎn)。在邏輯結(jié)構(gòu)上，我們將家庭網(wǎng)絡(luò)看作一個(gè)與物理連接順序無(wú)關(guān)的邏輯環(huán)，每個(gè)站點(diǎn)都知道自己左邊和右邊站點(diǎn)的地址，邏輯環(huán)初始化后，站點(diǎn)號(hào)最大的站點(diǎn)可以發(fā)送第一幀。此后，它通過(guò)發(fā)送“Token”控制幀給相鄰小站點(diǎn)號(hào)站點(diǎn)，將發(fā)送權(quán)移交給它。令牌繞邏輯環(huán)傳送，只有令牌持有者才能夠發(fā)送幀。因?yàn)槿我粫r(shí)刻只有一個(gè)令牌持有者，所以不會(huì)發(fā)生沖突。
我們規(guī)定，家庭網(wǎng)絡(luò)的最大站點(diǎn)號(hào)為63,IP網(wǎng)關(guān)始終占有這個(gè)號(hào)碼，對(duì)環(huán)的維護(hù)、服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)都由它來(lái)完成，這種集中控制的模式使網(wǎng)絡(luò)本身的管理相對(duì)容易得多，但潛在的危險(xiǎn)是IP網(wǎng)關(guān)損壞后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將癱瘓。我們通過(guò)將IP網(wǎng)關(guān)左鄰站點(diǎn)的IP連接器升級(jí)為IP網(wǎng)關(guān)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)站點(diǎn)號(hào)最小的站點(diǎn)持有令牌發(fā)送“Token”給IP網(wǎng)關(guān)，完成令牌繞環(huán)一周時(shí)，它將偵聽I(yíng)P網(wǎng)關(guān)的動(dòng)作，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)IP網(wǎng)關(guān)沒(méi)有發(fā)出任何幀，就說(shuō)明出現(xiàn)傳輸故障或IP網(wǎng)關(guān)故障，那么它再次發(fā)送“Token”給IP網(wǎng)關(guān)并偵聽，如果仍然失敗，就可以認(rèn)為IP網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)故障，令牌持有者就自動(dòng)升級(jí)為監(jiān)控站，發(fā)送Solicit_successor_4幀廣播自己的存在，將原IP網(wǎng)關(guān)出環(huán)，并更新所有站點(diǎn)的地址鏈和地址表，以維持家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的互聯(lián)。其中地址鏈記錄左右鄰接的站號(hào)，地址表記錄各個(gè)站號(hào)對(duì)應(yīng)的IP地址及其以太網(wǎng)地址和物理地址，IP網(wǎng)關(guān)中記錄完整的地址鏈。因?yàn)镮P網(wǎng)關(guān)同時(shí)還負(fù)擔(dān)著聯(lián)通因特網(wǎng)的任務(wù)，所以它必須得到即時(shí)的維修或更換，當(dāng)新的IP網(wǎng)關(guān)加電后，它首先將自己作為0號(hào)站點(diǎn)，并偵聽總線，如果發(fā)現(xiàn)有令牌傳遞和幀傳輸，即可認(rèn)定已有IP連接器竊取了監(jiān)控位置，那么它將等待監(jiān)控站允許新站入環(huán)，一旦自己入環(huán)成功并拿到令牌，IP網(wǎng)關(guān)就將原監(jiān)控站降級(jí)，并廣播自己的存在，同時(shí)更改所有站點(diǎn)的地址鏈和地址表；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)總線沒(méi)有任何動(dòng)作，就可認(rèn)定是邏輯環(huán)的初始化過(guò)程，它就主動(dòng)形成只有自己一個(gè)站點(diǎn)的邏輯環(huán)，并允許其它站點(diǎn)入環(huán)，這時(shí)它發(fā)送Solicit_successo_1幀并給出62作為新站點(diǎn)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的范圍。所有IP連接器加電后，將處于地址為0的接收狀態(tài)，當(dāng)收到Solicit_successor_1幀時(shí)，任一站點(diǎn)將產(chǎn)生一個(gè)1～62的隨機(jī)數(shù)作為自己的站號(hào)。其后，IP網(wǎng)關(guān)發(fā)送Solicit_successor_2幀并指出62作為新站點(diǎn)的站號(hào)，如果所有站點(diǎn)的隨機(jī)序列中僅有一個(gè)站號(hào)是62，那么它就可以成功應(yīng)答Solicit_successor_3并入環(huán)；如果有多個(gè)站號(hào)是62，那么IP網(wǎng)關(guān)可以偵聽到?jīng)_突，并發(fā)出Resolve_contention幀，指定62站號(hào)的所有站點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)入環(huán)，并要求其它未入環(huán)站點(diǎn)重新歸0,62號(hào)各個(gè)站點(diǎn)首先產(chǎn)生1～62的隨機(jī)數(shù)作為自己的站號(hào)，其后，IP網(wǎng)關(guān)發(fā)送Solicit_successor_2幀并指出62作為新站點(diǎn)的站號(hào)，62號(hào)站點(diǎn)等待一個(gè)0,1,2或3的隨機(jī)延遲時(shí)隙后偵聽并發(fā)送應(yīng)答，如果碰巧又有幾個(gè)站點(diǎn)產(chǎn)生的隨機(jī)站號(hào)相同，隨機(jī)時(shí)隙也碰巧相同時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生沖突，當(dāng)IP網(wǎng)關(guān)檢測(cè)到新的沖突發(fā)生時(shí)，將再次發(fā)送Resolve_contention幀，指定62站號(hào)的所有站點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)入環(huán)，重復(fù)上述工作。如果沒(méi)有應(yīng)答，IP網(wǎng)關(guān)再發(fā)送Solicit_successor_2幀并指出62-1=61作為新站點(diǎn)的站號(hào)，并等待應(yīng)答，每次遞減，直到原62站號(hào)的站點(diǎn)都入環(huán)。當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)成功入環(huán)后，IP網(wǎng)關(guān)廣播Solicit_successor_4幀，并要求各個(gè)站點(diǎn)更新地址鏈和地址表。以上述方法初始化一個(gè)邏輯環(huán)可能會(huì)等待幾分鐘的時(shí)間。
當(dāng)一個(gè)邏輯環(huán)初始化成功后，環(huán)的維護(hù)主要由IP網(wǎng)關(guān)執(zhí)行，其它的站點(diǎn)在持有令牌時(shí)可以移去失效的站點(diǎn)。當(dāng)IP網(wǎng)關(guān)持有令牌時(shí)，它周期性地發(fā)送Solicit_successor_1幀，詢問(wèn)有沒(méi)有新連接的IP連接器，在1個(gè)時(shí)隙內(nèi)如果沒(méi)有站點(diǎn)要求加入，它將關(guān)閉響應(yīng)窗口，并繼續(xù)自己的工作。所有剛加電的IP連接器，其站點(diǎn)號(hào)均設(shè)為0。如果正好有一個(gè)站點(diǎn)希望加入，則被插入環(huán)中，成為IP網(wǎng)關(guān)的前續(xù)站點(diǎn)，同時(shí)得到新的站點(diǎn)號(hào)。站點(diǎn)號(hào)是由63起遞減的并由IP網(wǎng)關(guān)來(lái)管理，當(dāng)最小站點(diǎn)號(hào)為1時(shí)，即表示環(huán)已滿，持有令牌的IP網(wǎng)關(guān)將不允許任何新的站點(diǎn)入環(huán)。令牌每次循環(huán)到IP網(wǎng)關(guān)時(shí)，它首先要檢查地址鏈?zhǔn)欠癜匆?guī)定遞減的順序排列，如果有問(wèn)題，它將重新按順序構(gòu)造地址鏈，并廣播Solicit_successor_4要求其它站點(diǎn)更新。
如果有兩個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)申請(qǐng)入環(huán)，申請(qǐng)幀會(huì)因沖突而作廢。IP網(wǎng)關(guān)將廣播Resolve_contention幀，執(zhí)行仲裁算法，沖突站點(diǎn)隨機(jī)等待幾個(gè)時(shí)隙后再申請(qǐng)，當(dāng)沖突再次發(fā)生時(shí)，IP網(wǎng)關(guān)將再次廣播Resolve_contention幀執(zhí)行仲裁算法，如果再次失敗，IP網(wǎng)關(guān)將不再理會(huì)新的站點(diǎn)，發(fā)送Solicit_successor_4警告沖突站點(diǎn)不要再嘗試申請(qǐng)，然后繼續(xù)自己的工作，在下次循環(huán)時(shí)再給它們?nèi)氕h(huán)的機(jī)會(huì)。IP網(wǎng)關(guān)每次僅允許一個(gè)站點(diǎn)入環(huán)，以限制用于環(huán)維護(hù)的時(shí)間。競(jìng)爭(zhēng)失敗站點(diǎn)在監(jiān)聽到Solicit_successor_4時(shí)也將不再嘗試申請(qǐng)入環(huán)，直到下一個(gè)Solicit_successor_1到來(lái)。
一個(gè)站點(diǎn)主動(dòng)離開環(huán)時(shí)，它發(fā)送Set_successor幀給前續(xù)站點(diǎn)，指明自己的看續(xù)站點(diǎn)將成為它的后續(xù)站點(diǎn)，然后廣播Solicit_successor_4要求各站點(diǎn)將自己從地址表中移去。
假如一個(gè)站點(diǎn)因?yàn)榈綦娀蛴布收鲜r(shí)，它的前續(xù)站點(diǎn)將令牌傳送給它的工作肯定是徒勞的，如果它的前續(xù)站點(diǎn)連續(xù)兩次傳遞令牌的嘗試失敗后，它將發(fā)送Who_follows幀，該幀指明了其后續(xù)站點(diǎn)的地址，當(dāng)失效站點(diǎn)的后繼站點(diǎn)看到Who_follows幀中給出的地址為自己的前續(xù)站點(diǎn)時(shí)，它將發(fā)送Solicit_successor_4幀作為響應(yīng)，要求失效站點(diǎn)的前方站點(diǎn)將后繼站點(diǎn)地址標(biāo)記為它。假如失效站點(diǎn)的后繼站點(diǎn)也失效，那么令牌持有者將令牌還給IP網(wǎng)關(guān)，IP網(wǎng)關(guān)根據(jù)地址鏈順序檢測(cè)其余站點(diǎn)，并重新構(gòu)造地址鏈，廣播并更正它。
如果令牌持有者發(fā)生故障，令牌也將丟失，IP網(wǎng)關(guān)監(jiān)測(cè)到這一情況后，將接管令牌，并根據(jù)令牌傳遞的歷史記錄，確定是哪一個(gè)站點(diǎn)出錯(cuò)，然后從環(huán)中移去它，廣播Solicit_successor_4更正其它站點(diǎn)的地址鏈，最后再將令牌還給故障站點(diǎn)的后繼站點(diǎn)，繼續(xù)工作。如果碰巧所有站點(diǎn)都失效，那么又將開始一個(gè)初始化過(guò)程。
當(dāng)由于傳輸問(wèn)題而造成環(huán)中出現(xiàn)多個(gè)令牌時(shí)。這時(shí)每個(gè)令牌持有者如果偵聽到有其它站點(diǎn)在發(fā)送幀時(shí)，它將禮貌地丟棄自己的令牌，如此重復(fù)多次，環(huán)上將只剩一個(gè)令牌。如果碰巧所有的令牌都被丟棄掉，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將沒(méi)有任何活動(dòng)，IP網(wǎng)關(guān)可以監(jiān)測(cè)到這種情況，并自主產(chǎn)生一個(gè)令牌，開始循環(huán)。
由于我們的家庭網(wǎng)絡(luò)是主從廣播類型的，而且不存在強(qiáng)制的模擬收發(fā)器，較低速的電力載波技術(shù)又相當(dāng)好地解決了回波問(wèn)題，在整個(gè)總線上將不存在反復(fù)游蕩的無(wú)主幀。
在數(shù)據(jù)鏈路層，我們期待著藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的LSI標(biāo)準(zhǔn)、最優(yōu)的信號(hào)處理方法、跳躍模式的序列計(jì)算及多點(diǎn)連接等問(wèn)題的徹底解決并形成統(tǒng)一的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以僅在硬件層次提供了標(biāo)準(zhǔn)接口，未單獨(dú)討論鏈路規(guī)程問(wèn)題。
家庭網(wǎng)絡(luò)適配器的工作過(guò)程可簡(jiǎn)述為系統(tǒng)加電后，由U4產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)復(fù)位U1,U1開始從起始地址執(zhí)行程序代碼，它不斷地從P1.7觸發(fā)U4的看門狗電平，當(dāng)系統(tǒng)死鎖或跑飛時(shí)，U4會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生RESET電平將系統(tǒng)再次復(fù)位，重新開始執(zhí)行起始代碼。U1的執(zhí)行代碼首先執(zhí)行的是建立在偵聽基礎(chǔ)上的初始化過(guò)程，當(dāng)邏輯環(huán)建立或節(jié)點(diǎn)成功插入令牌環(huán)后，這個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)適配器將執(zhí)行接收數(shù)據(jù)并等待令牌的過(guò)程。家庭網(wǎng)絡(luò)適配器從兩個(gè)方向接收數(shù)據(jù)，一是從上層通過(guò)雙向并口傳來(lái)的TCP或UDP包，HNA將它打包加載LLC頭和802幀頭，并緩存起來(lái)，等待令牌到手再把它發(fā)送到局域網(wǎng)上；另一種是從局域網(wǎng)上傳來(lái)的802幀，當(dāng)HNA確定自己是目標(biāo)地址時(shí)，它將802幀解包驗(yàn)證校驗(yàn)和，解釋LLC控制，然后按照順序和優(yōu)先級(jí)將TCP或UDP包通過(guò)并口以中斷形式上傳給IP連接器或IP網(wǎng)關(guān)，如果接收的不是需上傳的數(shù)據(jù)包，它將依據(jù)前文中的鏈路規(guī)程解釋并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。這樣HNA就實(shí)現(xiàn)了與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層以上的網(wǎng)絡(luò)層的透明連接。
權(quán)利要求1.一種家庭網(wǎng)絡(luò)適配器，其特征在于中央處理單元包含HNP協(xié)議棧，可實(shí)現(xiàn)令牌總線局域網(wǎng)的互聯(lián)模式，該協(xié)議棧保存在通用單片機(jī)系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中；并口UART、串行通訊口、PLC通訊模塊共同構(gòu)成通訊接口單元，其中串行通訊口在電路板上與PLC通訊模塊直接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家庭網(wǎng)絡(luò)適配器，其特征在于它的并口UART可通過(guò)25芯電纜與IP連接器或IP網(wǎng)關(guān)相連；串行通訊口可通過(guò)線纜與藍(lán)牙模塊相連；PLC通訊模塊可通過(guò)任意介質(zhì)的電力線與家庭網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)相連。
專利摘要一種家庭網(wǎng)絡(luò)適配器,其特征在于:中央處理單元包含HNP協(xié)議棧,可實(shí)現(xiàn)令牌總線局域網(wǎng)的互聯(lián)模式,該協(xié)議棧保存在通用單片機(jī)系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中;并口UART、串行通訊口、PLC通訊模塊共同構(gòu)成通訊接口單元,其中串行通訊口在電路板上與PLC通訊模塊直接連接。本實(shí)用新型結(jié)合實(shí)際,面向應(yīng)用,經(jīng)濟(jì)可行;特別適合小信息流對(duì)象的監(jiān)測(cè)與控制;組網(wǎng)簡(jiǎn)單,無(wú)需布線,即插即用,配置靈活,擴(kuò)充方便;是實(shí)現(xiàn)家用電器共享智能、協(xié)同工作的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H04L12/02GK2461214SQ00251929
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2000年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月22日
發(fā)明者朱家訓(xùn), 薛宏朝, 楊洪勛 申請(qǐng)人:岳陽(yáng)宏訊計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)有限公司