阅读说明：本技术 一种核电站通信基于无线光的以太网透传方法 (Wireless light-based Ethernet transparent transmission method for nuclear power station communication ) 是由 陈晓 马志才 汤智超 钟林秀 刘鑫 廖亮 路璐 张婷婷 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种核电站通信的基于无线光的以太网透传方法；该方法包括：以太网芯片、发光二极管、光电二极管、跨阻放大器、现场可编程逻辑门阵列；在发射端通过现场可编程逻辑门阵列,将以太网芯片输出的并行信号转变成串行信号,并插入具有低自相关系数的起始帧和结束帧,然后驱动发光二极管生成无线光信号；在接收端,通过光电二极管和跨阻放大器,将无线光信号转换成电信号,再通过现场可编程逻辑门阵列,将起始帧和结束帧识别,恢复成以太网芯片的串行信号。本发明以太网节点设备无需做任何软硬件修改,系统的兼容性强；不依赖电磁波传输,因此不会对电磁敏感设备产生干扰；不依赖中央处理器等控制单元,结构简单易集成。(The invention discloses a wireless light-based Ethernet transparent transmission method for nuclear power station communication; the method comprises the following steps: the device comprises an Ethernet chip, a light emitting diode, a photodiode, a trans-impedance amplifier and a field programmable gate array; converting parallel signals output by an Ethernet chip into serial signals at a transmitting end through a field programmable logic gate array, inserting a start frame and an end frame with low autocorrelation coefficients, and then driving a light emitting diode to generate a wireless optical signal; at a receiving end, a wireless optical signal is converted into an electric signal through a photodiode and a trans-impedance amplifier, and then a start frame and an end frame are identified through a field programmable gate array to be recovered into a serial signal of an Ethernet chip. The Ethernet node equipment does not need to make any software and hardware modification, and the system has strong compatibility; the electromagnetic wave transmission is not relied on, so that the electromagnetic sensitive equipment is not interfered; the device does not depend on control units such as a central processing unit and the like, and is simple in structure and easy to integrate.)

一种核电站通信基于无线光的以太网透传方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是涉及核电站通信以太网透传技术领域。

背景技术

为了保证设备安全，核电站内部存在无电磁辐射区。在这些区域内，传统的射频通信方式不能应用。无线光通信系统具有高速率、无电磁辐射的特点，因此适用于核电站场景。现有的无线光上网方法大多针对特定的协议，例如TCP/IP或UDP，限制了系统的通用性；或者系统构成复杂，需要同时使用中央处理器和现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)，对设备小型化和低功耗化造成了困难。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是现有的无线光上网系统通用性不强，结构复杂，体积难缩小。提供了一种基于无线光信号的以太网透传方法，基于以太网芯片、发光二极管、光电二极管、跨阻放大器、现场可编程逻辑门阵列，使以太网节点设备无需做任何软硬件修改即可实现上网功能，适用于任何以太网协议。

一种核电站通信基于无线光的以太网透传方法，包括以太网芯片、发光二极管、光电二极管、跨阻放大器、现场可编程逻辑门阵列，步骤如下：

网线连接：将发射端的所述以太网芯片MDI接口和路由器或交换机通过网线连接起来；

生成串行帧：将发射端的所述以太网芯片MII接口的输出向量RXD[3:0]和RX_DV进行并串转换，生成串行帧；

生成帧数据流：通过特殊帧***器，在所述串行帧之前***自相关系数低的起始帧，再在所述串行帧之后***自相关系数低的结束帧，生成帧数据流；

生成可见光信号：根据所述帧数据流驱动所述发光二极管发光，比特1对应亮，比特0对应暗，生成可见光信号；

恢复帧数据流：在接收端通过所述光电二极管和所述跨阻放大器恢复帧数据流；

恢复串行帧：通过特殊帧删除器，将所述帧数据流中的起始帧和结束帧移除，恢复串行帧；

串并转换：将所述串行帧进行串并转换，生成MII接口向量TXD[3:0]和RX_DV，将生成的TXD[3:0]和RX_DV接入到接收端所述以太网芯片上；

用户接入：将接收端所述以太网芯片的MDI接口和用户设备通过网线连接起来。

优选的，将接收端所述以太网芯片的RXD[3:0]和RX_DV信号透传至发射端所述以太网芯片的TXD[3:0]和TX_EN引脚上，实现双向通信。

优选的，所述太网芯片可采用RTL8211EG或其他支持MII接口的以太网芯片。

优选的，所述发光二极管的驱动可采用CMOS管或三极管。

优选的，所述跨阻放大器的输出电压应当符合FPGA接口标准。

本发采用以太网芯片、发光二极管、光电二极管、跨阻放大器、FPGA实现基于无线光信号的以太网透传，使以太网节点设备无需做任何软硬件修改即可实现无线上网功能，且无电磁辐射。与现有方法相比，本方法兼容性强，适用于任何以太网通信协议，芯片种类少，结构简单，体积小，功耗低。

附图说明

图1为硬件连接示意图。

图2为MII接口向量到帧数据流的转换过程。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

硬件连接如图1所示，首先，将发射端的以太网芯片MDI接口和路由器或交换机通过网线连接起来，可采用RJ45网线，以太网芯片可采用RTL8211EG或其他支持MII接口的以太网芯片。

然后，将发射端以太网芯片的MII接口的输出向量RXD[3:0]和RX_DV连接到FPGA上，通过FPGA对RXD[3:0]和RX_DV进行并串转换，生成数据流，串行比特的顺序为[RX_DV,RXD[3]，RXD[2]，RXD[1]，RXD[0]]，即串行帧。MII接口的输出向量和串行帧的关系见图2。FPGA芯片可采用Xilinx Spartan 6系列或其他IO口充足的同种类芯片。

然后，通过FPGA检测串行帧中RX_DV变化的点。当RX_DV从低电平跳变到高电平时，将第一个高电平的RX_DV替换成起始帧。起始帧可自由设计，但是应当保证其自相关函数有尖锐的峰值，以免和通信数据混淆。例如，可以采用伪随机m序列或者巴克码作为起始帧。从高电平跳变到低电平时将第一个低电平的RX_DV替换成结束帧。结束帧的设计准则与起始帧一样。

例如，可采用如下的起始帧和结束帧：

起始帧：+++++--++-+-+

结束帧：+++---+--+-

我们称加入了起始帧和结束帧的串行帧称为帧数据流。串行帧和帧数据流的关系见图2。

然后，根据帧数据流驱动LED发光，比特1对应亮，比特0对应暗，生成可见光信号。LED的驱动可采用CMOS管或三极管，以保证驱动电流足够大。例如，CMOS管可选用AO3400或类似产品。

然后，在接收端通过光电二极管和跨阻放大器恢复帧数据流。光电二极管可选用PDB-C156或类似产品。跨阻放大器的输出电压应当符合FPGA接口标准，例如高电平输出3.3V，低电平输出0V。跨阻放大器可选用OPA847、OPA657等。

然后，通过特殊帧删除器，检测到起始帧和结束帧，然后将帧数据流中的起始帧、结束帧移除，恢复出串行帧。此处帧检测方法较多，例如可采用自相关检测，将标准帧与接收到的数据流做滑动相关，如果滑动相关的结果大于自定义的阈值则认为特殊帧出现。

最后，将串行帧进行串并转换，按图2中串行帧的比特顺序提取出MII接口向量RXD[3:0]和RX_DV，并将提取出的RXD[3:0]和RX_DV信号接入到接收端以太网芯片的TXD[3:0]和TX_EN上。

然后，将接收端以太网芯片的MDI接口和用户设备通过RJ45网线连接起来。

如果需要双向通信，可将接收端以太网芯片的RXD[3:0]和RX_DV信号用相同的方法透传至发射端以太网芯片的TXD[3:0]和TX_EN引脚上。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。