一种以太网网络拓扑结构、设计方法及使用方法

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，特别是一种以太网网络拓扑结构、设计方法及使用方法。

背景技术

智能网联汽车是智能汽车与车联网技术的融合，车辆通过搭载的传感器与控制器实行车路协同，达到汽车智能化、网联化。智能网联汽车搭载的高级驾驶辅助系统需要进行大量的数据传输和处理。车载以太网相比于其他车载网络技术有着低成本、高带宽、可扩展性强、网络拓扑架构灵活等众多优点。

车载以太网不同于传统车载网络总线技术，需要使节点、域之间达成点对点的连接形式，因此其可扩展性与灵活性受限于网络拓扑。在车载以太网的开发过程中，需要进行网络节点的组网以及网络拓扑的构建。在当前的技术手段中，需要先设计需要研究的网络拓扑，随后厘清各个网络节点之间的链路连接情况，再通过手动接入的方式将各个节点之间的线路完成硬件连接。且现有技术对网络拓扑的搭建仅仅在本拓扑中适用，一旦需要改变网络拓扑，则需要手动对链路进行拆除、再设计、再校对、再连接，即每一次拓扑结构的变化都需要手动对网络中的链路进行拆装。

研究现有车载以太网测试工具，工具主要功能为对网络的报文收发、监听以及协议配置与解析，暂无控制车载以太网拓扑结构的功能，且测试面向的对象为预先连接好的网络，一旦需要改变网络拓扑则依然需要手动对链路进行拆装。

发明内容

本发明公开了一种以太网网络拓扑结构、设计方法及使用方法，可以任意改变当前网络拓扑结构。

为达到上述目的，一方面，提供一种以太网网络拓扑结构，包括：一个以上的网络单元；

每个网络单元均包括三个以上的网络节点和拓扑控制板卡；

每个网络单元的若干网络节点包括一个主网络节点和若干子网络节点；

所述主网络节点和若干所述子网络节点分别连接到拓扑控制板卡的不同端口上；

所述拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接。

该实施例的优点在于，将若干通信节点设置在一个网络单元内，每个网络单元通过拓扑控制板卡实现网络单元内通信节点的信息交互；根据当前通信节点的应用场景和以及每条通信线路的使用频率，可以通过拓扑控制板卡上继电器的开断控制就可实现网络拓扑结构的实时调整，整个拓扑结构的调整过程不需要折装网络减少了调整成本提高了调整效率；同时为现有拓扑结构提供了扩展的基础，提高了适用范围；调整后的拓扑结构可提网络单元内的通信效率。

可选地，相邻两个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口分别通过一个继电器电连接。

该实施例的优点在于，拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接，该连接方式只适用于星型拓扑结构，无法实现环形拓扑结构的调整。而在此基础上，相邻两个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口分别通过一个继电器电连接，既可调整为任意星形网络拓扑结构，又可调整为任意环形网络拓扑结构，提升了调整范围，增加了适用范围。

可选地，所述网络单元为一个。

可选地，所述网络单元为两个，两个网络单元之间互不通信。

进一步地，每个所述网络单元的主网络节点和子网络节点均通过拓扑控制底板与拓扑控制板卡连接，具体连接方式为：

所述主网络节点和所述子网络节点均通过一个物理层接口与所述拓扑控制底板的一个输入端连接，所述拓扑控制底板每个输入端对应的输出端均通过一个物理层接口与所述拓扑控制板卡的一个输入端连接。

该实施例的优点在于，拓扑控制底板为网络单元之间的通信提供了基础，在拓扑控制底板上调整连通线路就可实现任意网络单元之间的通信。并且，拓扑控制底板可随意增加或增少拓扑控制板卡的数量，便于扩容或调整。

可选地，所述网络单元为三个，三个网络单元之间相互通信，具体连接方式如下：

相邻两个网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路相互连接，或通过继电器相互连接。

可选地，所述网络单元为四个，四个网络单元之间相互通信，具体连接方式如下：

以任意一个网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路分别连接其余网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路连接，或通过继电器连接其余网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路。

可选地，所述网络单元为两个，两个网络单元之间相互通信，具体连接方式如下：

每个网络单元中的任意一个以上子网络节点在拓扑控制底板上的通信线路相互连接，或通过继电器相互连接。

进一步地，所述以太网网络拓扑结构还包括继电器控制芯片。

可选地，所述继电器控制芯片通过若干线路分别与每个继电器电连接，接收继电器的当前状态或控制继电器开断。

可选地，所述继电器控制芯片分别与每个网络单元的主网络节点电连接，通过主网络节点接收继电器的当前状态或控制继电器开断。

该实施例的优点在于，不需要每个继电器都与继电器控制芯片连接，优化了布线结构，降低了布线成本。

为达到上述目的，另一方面，提供一种以太网网络拓扑结构设计方法，具体方法如下：

获取待构建以太网网络拓扑结构的通信节点数量和相互之间的通信频率；

分析通信节点之间的通信频率，将通信频率大于阈值且在预设数量之内的通信节点划分为一个网络单元；

选取每个网络单元中通信线路数量最多通信节点为主网络节点，其余通信节点为子网络节点；

根据网络单元内的通信结构，设计拓扑控制板卡上的连接方式；

根据网络单元之间的通信结构，设计拓扑控制底板上的连接方式。

该实施例的优点在于，基于上述以太网网络拓扑结构，采用该设计方法，可针对任意通信节点，以及任意通信需求，设计出具有高效通信效率、适用范围广以及可实时调整的拓扑结构。

可选地，根据网络单元内的通信结构，设计拓扑控制板卡上的连接方式，具体方法如下：

若网络单元内的通信节点之间为星型通信方式，则拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接；

若网络单元内的通信节点之间为环形通信方式，则拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接，且相邻两个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口分别通过一个继电器电连接。

可选地，根据网络单元内的通信结构，设计拓扑控制板卡上的连接方式，具体方法如下：

若网络单元内的通信节点之间为星型通信方式，则拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接，且相邻两个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口分别通过一个继电器电连接；

若网络单元内的通信节点之间为环形通信方式，则拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接，且相邻两个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口分别通过一个继电器电连接。

可选地，根据网络单元之间的通信结构，设计拓扑控制底板上的连接方式，具体方法如下：

若网络单元之间没有通信需求，则不在拓扑控制底板上设置继电器及连接线路；

若网络单元之间有通信需求，以任意一个网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路分别连接其余网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路连接，或通过继电器连接其余网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路。

可选地，根据网络单元之间的通信结构，设计拓扑控制底板上的连接方式，具体方法如下：

若网络单元之间没有通信需求，则不在拓扑控制底板上设置继电器及连接线路；

若网络单元之间有通信需求，相邻两个网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路相互连接，或通过继电器相互连接。

为达到上述目的，另一方面，提供一种以太网网络拓扑结构使用方法，具体步骤如下：

判断所有网络单元内通信需求是否有更新或需要优化；

若有更新或需要优化，则分析当前网络单元内的通信方式并设计网络单元内网络拓扑结构，根据设计的网络单元内网络拓扑结构控制拓扑控制板卡上对应的继电器开或闭，完成网络单元内网络拓扑结构重组。

该实施例的优点在于，基于上述以太网网络拓扑结构，结合本使用方法，可任意调整现有网络拓扑结构，提高通信效率。

进一步地，还包括以下步骤：

判断所有网络单元之间通信需求是否有更新或需要优化；

若有更新或需要优化，则分析当前网络单元之间的通信方式并设计网络单元之间的网络拓扑结构，根据设计网络单元之间的网络拓扑结构控制拓扑控制底板上对应的继电器开或闭，完成网络单元之间的网络拓扑结构重组。

该实施例的优点在于，基于上述以太网网络拓扑结构，结合本使用方法，可任意调整现有网络单元之间的连接方式，提高通信效率。

需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。

附图说明

为了更加清晰地说明本发明的技术方案，利于对本发明的技术效果、技术特征和目的进一步理解，下面结合附图对本发明进行详细的描述，附图构成说明书的必要组成部分，与本发明的实施例一并用于说明本发明的技术方案，但并不构成对本发明的限制。

附图中的同一标号代表相同的部件，具体地：

图1为实施例1的网络拓扑结构图。

图2为实施例2中两个网络单元的网络拓扑结构。

图3为实施例3中三个网络单元的网络拓扑结构。

图4为实施例4中四个网络单元的网络拓扑结构。

图5为实施例5中两个网络单元的网络拓扑结构。

图6为实施例6和实施例7的设计流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，下列描述的具体实施例只是为了解释本发明的技术方案，而不是对本发明的限定。此外，实施例或附图中表述的部分，也仅仅是本发明相关部分的举例说明，而不是本发明的全部。

实施例1：

一种以太网网络拓扑结构，如图1所示，包括：一个网络单元；

该网络单元包括一个主网络节点和三个子网络节点；主网络节点和三个子网络节点分别连接到拓扑控制板卡的三个端口上；

拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接。

具体地，所述以太网网络拓扑结构还包括继电器控制芯片。所述继电器控制芯片通过若干线路分别与每个继电器电连接，接收继电器的当前状态或控制继电器开断。

该实施例中，三个继电器都处于闭合通路状态时，构建的是一个主网络节点分别连接三个子网络节点的星形拓扑结构；当2号继电器打开，其余继电器闭合时，构建的是1号主网络节点分别连接2号子网络节点和3号子网络节点的星形拓扑结构，以及类推还可改变为1号主网络节点连接任意子网络节点的不同星形拓扑结构。

实施例2：

一种以太网网络拓扑结构，如图2所示，包括：两个网络单元，两个网络单元之间互不通信；

第一网络单元包括一个主网络节点和四个子网络节点，1号主网络节点分别与2号子网络节点、3号子网络节点、4号子网络节点、5号子网络节点通过一个继电器连接；2号子网络节点与3号子网络节点通过一个继电器连接，3号子网络节点与4号子网络节点通过一个继电器连接，4号子网络节点与5号子网络节点通过一个继电器连接。

具体地，以太网网络拓扑结构还包括继电器控制芯片，继电器控制芯片通过若干线路分别与每个继电器电连接，接收继电器的当前状态或控制继电器开断。

该实施例中，断开5、6、7号继电器，可构建一个由1号主网络节点分别连接2号子网络节点、3号子网络节点、4号子网络节点、5号子网络节点的星型拓扑网络结构；在此基础上，开断1、2、3、4号继电器可改变成任意星型拓扑网络结构。打开5、6、7号继电器，断开3号和2号继电器，可构建一个环形拓扑网络结构；在此基础上，调节继电器的开断，可实现环形拓扑网络结构的变化。

第二网络单元包括一个主网络节点和两个子网络节点，1号主网络节点分别与2号子网络节点、3号子网络节点通地一个继电器连接；2号子网络节点与3号子网络节点通过一个继电器连接。

具体地，以太网网络拓扑结构还包括继电器控制芯片，继电器控制芯片通过若干线路分别与每个继电器电连接，接收继电器的当前状态或控制继电器开断。

该实施例中，断开5号继电器，可构建一个由1号主网络节点分别连接2号子网络节点和3号子网络节点的星型拓扑网络结构。打开5号继电器，可构建一个环形拓扑网络结构。

根据实施例1和实施例2可知，第一网络单元可以是一个或两个，每个网络单元可包括一个主网络节点和若干子网络节点。子网络节点之间有继电器连接之时可实现环形拓扑网络结构和星形拓扑网络结构的切换；子网络节点之间没有继电器连接之时可实现星形拓扑网络结构的切换。

实施例3：

一种以太网网络拓扑结构，如图3所示，包括：三个可相互通信的网络单元；

每个所述网络单元的主网络节点和子网络节点均通过拓扑控制底板与拓扑控制板卡连接，具体连接方式为：

所述主网络节点和所述子网络节点均通过一个物理层接口与所述拓扑控制底板的一个输入端连接，所述拓扑控制底板每个输入端对应的输出端均通过一个物理层接口与所述拓扑控制板卡的一个输入端连接；每个主网络节点和子网络节点均占用一个100BASE-T1网口，采用以太网100BASE-T1双绞线进行连接。

具体地，相邻两个网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路相互连接，或通过继电器相互连接。

具体地，第一网络单元包括一个主网络节点和四个子网络节点，1号主网络节点分别与2号子网络节点、3号子网络节点、4号子网络节点、5号子网络节点通过一个继电器连接；2号子网络节点与3号子网络节点通过一个继电器连接，3号子网络节点与4号子网络节点通过一个继电器连接，4号子网络节点与5号子网络节点通过一个继电器连接。

第二网络单元包括一个主网络节点和两个子网络节点，1号主网络节点分别与2号子网络节点、3号子网络节点通地一个继电器连接；2号子网络节点与3号子网络节点通过一个继电器连接。

第三网络单元包括一个主网络节点和三个子网络节点；1号主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接；2号子网络节点与3号子网络节点通过继电器电连接，3号子网络节点与4号子网络节点通过继电器电连接。

根据实施例1和实施例2可知，第一网络单元、第二网络单元和第三网络单元均可实现星形拓扑结构和环形拓扑结构的任意切换。第一网络单元、第二网络单元和第三网络单元之间通过各自的主网络节点实现网络单元之间的数据交互。

具体地，所述以太网网络拓扑结构还包括继电器控制芯片。

具体地，所述继电器控制芯片通过若干线路分别与每个继电器电连接，接收继电器的当前状态或控制继电器开断。

根据实施例1、实施例2和实施例3可知，继电器控制芯片可分别与每个继电器电连接；继电器控制芯片还可以分别与每个网络单元的主网络节点电连接，从而达到控制每个继电器的目的；当然还可以是其它电连接方式。

根据实施例1、实施例2和实施例3可知，当网络单元之间不需要交互时，可以使用拓扑控制底板也可以不使用拓扑控制底板；当网络单元之间需要交互时，需要使用拓扑控制底板。

实施例4：

一种以太网网络拓扑结构，如图4所示，包括：四个可相互通信的网络单元；

以任意一个网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路分别连接其余网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路连接，或通过继电器连接其余网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路。

实施例5：

一种以太网网络拓扑结构，如图5所示，包括：两个可相互通信的网络单元；

每个网络单元中的任意一个以上子网络节点在拓扑控制底板上的通信线路相互连接，或通过继电器相互连接。

由实施例3、实施例4和实施例5可知，拓扑控制底板上网络单元之间的连接方式可以是上述三个实施例中的方式，也可以合理的推导出其它通信方式。

实施例6：

一种以太网网络拓扑结构设计方法，如图6所示，具体步骤如下：

S1、获取待构建以太网网络拓扑结构的通信节点数量和相互之间的通信频率；

S2、分析通信节点之间的通信频率，将通信频率大于阈值且在预设数量之内的通信节点划分为一个网络单元；

S3、选取每个网络单元中通信线路数量最多通信节点为主网络节点，其余通信节点为子网络节点；

S4、根据网络单元内的通信结构，设计拓扑控制板卡上的连接方式；

具体地，根据网络单元内的通信结构，设计拓扑控制板卡上的连接方式，具体方法如下：

若网络单元内的通信节点之间为星型通信方式，则拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接；

若网络单元内的通信节点之间为环形通信方式，则拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接，且相邻两个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口分别通过一个继电器电连接。

S5、根据网络单元之间的通信结构，设计拓扑控制底板上的连接方式。

具体地，根据网络单元之间的通信结构，设计拓扑控制底板上的连接方式，具体方法如下：

若网络单元之间没有通信需求，则不在拓扑控制底板上设置继电器及连接线路；

若网络单元之间有通信需求，以任意一个网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路分别连接其余网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路连接，或通过继电器连接其余网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路。

实施例7：

一种以太网网络拓扑结构设计方法，如图6所示，具体步骤如下：

S1、获取待构建以太网网络拓扑结构的通信节点数量和相互之间的通信频率；

S2、分析通信节点之间的通信频率，将通信频率大于阈值且在预设数量之内的通信节点划分为一个网络单元；

S3、选取每个网络单元中通信线路数量最多通信节点为主网络节点，其余通信节点为子网络节点；

S4、根据网络单元内的通信结构，设计拓扑控制板卡上的连接方式；

具体地，根据网络单元内的通信结构，设计拓扑控制板卡上的连接方式，具体方法如下：

若网络单元内的通信节点之间为星型通信方式，则拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接，且相邻两个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口分别通过一个继电器电连接；

若网络单元内的通信节点之间为环形通信方式，则拓扑控制板卡上连接有主网络节点的端口分别通过一个继电器与每个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口电连接，且相邻两个连接有子网络节点的拓扑控制板卡的端口分别通过一个继电器电连接。

S5、根据网络单元之间的通信结构，设计拓扑控制底板上的连接方式。

具体地，根据网络单元之间的通信结构，设计拓扑控制底板上的连接方式，具体方法如下：

若网络单元之间没有通信需求，则不在拓扑控制底板上设置继电器及连接线路；

若网络单元之间有通信需求，相邻两个网络单元的主网络节点在拓扑控制底板上的通信线路相互连接，或通过继电器相互连接。

由实施例6和实施例7的步骤S4可知，若网络单元内为星型通信方式，则主网络节点与子网络节点可构建星型网络拓扑结构，也可以构建环型网络拓扑结构。

由实施例6和实施例7的步骤S5可知，若网络单元之间有通信需求，可以一个网络单元的主网络节点连接其余主网络节点，也可以将相邻两个主网络节点相互连接，由实施例5可知，还可以是不同网络单元的子网络节点任意连接。

实施例8：

一种以太网网络拓扑结构使用方法，具体步骤如下：

S1、判断所有网络单元内通信需求是否有更新或需要优化；

若有更新或需要优化，则分析当前网络单元内的通信方式并设计网络单元内网络拓扑结构，根据设计的网络单元内网络拓扑结构控制拓扑控制板卡上对应的继电器开或闭，完成网络单元内网络拓扑结构重组。

S2、判断所有网络单元之间通信需求是否有更新或需要优化；

若有更新或需要优化，则分析当前网络单元之间的通信方式并设计网络单元之间的网络拓扑结构，根据设计网络单元之间的网络拓扑结构控制拓扑控制底板上对应的继电器开或闭，完成网络单元之间的网络拓扑结构重组。

需要说明的是，上述实施例仅是为了更清楚地说明本发明的技术方案，本领域技术人员可以理解，本发明的实施方式不限于以上内容，基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代，均不超出本发明技术方案涵盖的范围；在不脱离本发明构思的情况下，其它实施方式也将落入本发明的范围。