Система передачи питания, данных и установления связи по сети ethernet

Изобретение относится к области сетевых технологий. Техническим результатом является обеспечение возможности передачи данных и, если это необходимо, питания для IoT устройств по кабельной Ethernet сети с сохранением Ethernet канала. Технический результат достигается за счет системы связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети, содержащей: модуль смесителя Ethernet данных, а также данных для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств, установленный на одном конце Ethernet кабеля, содержащий не менее двух трансформаторов, каждый из которых имеет первичную обмотку с выводом средней точки и вторичную обмотку, далее - PoE трансформатор для организации дополнительного фантомного канала передачи данных, модуль разветвителя Ethernet данных, а также данных для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств, установленный на другом конце Ethernet кабеля, содержащий не менее двух PoE трансформаторов для организации дополнительного фантомного канала передачи данных, выполненного с возможностью подключения: аналоговых или дискретных датчиков, или IoT устройств с двухпроводным интерфейсом с передачей питания, или IoT устройств с двухпроводным интерфейсом без передачи питания и/или IoT устройств с отдельным входом питания. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области сетевых технологий для передачи данных и питания к электронным устройствам и может быть использовано, в частности, для организации дополнительного(ых) канала(ов) связи с использованием нового или уже проложенного Ethernet кабеля между IoT концентратором и IoT устройством(ами).

Уровень техники

В настоящее время существует множество систем, предназначенных для передачи данных и питания электронным устройствам. Одним из примеров таких систем является телефонная система связи, описанная в источнике US 2013/0315048 A1. Данное решение позволяет одновременно передавать цифровые данные и аналоговые телефонные сигналы в одной и той же среде передачи. Это применимо к сети, в которой удаленные устройства (например, персональные компьютеры) подключены к концентратору кабелем, содержащим по меньшей мере две пары проводов, обеспечивающим передачу данных в каждом направлении. Модули на каждом конце кабеля позволяют организовать дополнительный канал связи между телефоном и автоматической телефонной станцией (АТС) через две пары проводников по фантомной схеме. Описанные каналы связи функционируют одновременно и без значительных взаимных помех.

В числе недостатков известного решения имеется ограничение по передаче только сигналов телефонии. Также известное решение предусматривает подключение устройств только на концах кабеля без возможности подключения промежуточных устройств.

Терминология, используемая в настоящем решении

IoT устройство – электронное устройство, предназначенное для взаимодействия с другими IoT устройствами или с внешней средой в соответствии с концепцией «Интернета вещей» (Internet of Things). В частности, в качестве IoT устройств могут выступать:

• охранно-пожарная система, датчик, датчик температуры, влажности, освещенности, давления, концентрации газов, датчик одной или нескольких физических характеристик объекта, кнопка, переключатель, реостат, другой датчик с импульсным, потенциальным или токовым выходом;

• модуль мониторинга и управления климатом, освещением, шторами, вентиляцией, видеокамерами, телевидением, медиа-центрами, очисткой воздуха, теле-аудио техникой, водоснабжения, пожаротушения, электроснабжением, другой техникой;

• прибор учета тепловой электрической энергии, воды, газа, жидкости и т.п.

• аудио/видеопереговорное устройство, микрофон, видеокамера;

• устройство записи и/или воспроизведения аудио и/или видео.

IoT концентратор – электронное устройство, выполненное с возможностью подключения к одному или нескольким IoT устройствам.

IoT канал - канал передачи данных для IoT устройства, предусматривающий передачу данных и, при необходимости, питания.

PoE (Power over Ethernet) – технология, позволяющая передавать удалённому устройству электрическую энергию вместе с данными по кабельной сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, IP-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный кабель питания. Технология PoE описана стандартами IEEE 802.3af-2003 и IEEE 802.3at-2009 (https://ru.wikipedia.org/wiki/Power_over_Ethernet метод А).

Ethernet кабель - металлический кабель, предназначенный для организации связи по стандарту Ethernet 10-Base-T, либо Ethernet 100-Base-T, либо Ethernet 1000-Base-T¹ либо по другому стандарту включая, но не ограничиваясь серией стандартов IEEE 802.3, содержащий две или более пары проводов.

Соединитель - электрический разъем или клеммник для подключения внешнего кабеля. При интеграции нескольких блоков в одном устройстве – граница соединения блоков (система проводников, дорожек, разъемов и клеммников).

Двухпроводный интерфейс с передачей питания - последовательный интерфейс передачи данных и питания по двухпроводной линии, например, M-Bus или KNX/EIB, или LonWorks, или IEEE P802.3cg, или 1-wire (с передачей питания).

Двухпроводный интерфейс без передачи питания - последовательный интерфейс передачи данных, не поддерживающий передачу питания, например, RS485 или CAN, или LIN, 1-wire (без передачи питания).

RS-интерфейс - последовательный интерфейс, не предусматривающий передачу питания, например, TTL UART, или RS232, или двухпроводный интерфейс без передачи питания.

Перечень интерфейсов не ограничивается перечисленными выше, приведенными лишь в качестве примера.

Модули системы - модули смесителя, разветвителя и промежуточный модуль.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей изобретения является устранение недостатков, перечисленных в разделе «Уровень техники».

Техническим результатом является обеспечение возможности передачи данных и, если это необходимо, питания для IoT устройств по кабельной Ethernet сети с сохранением Ethernet канала.

Дополнительным техническим результатом является обеспечение работы через организованный канал связи нескольких IoT устройств. При этом доступ к конкретному IoT устройству осуществляется, например, с использованием протокола, предусматривающего наличие у каждого IoT устройства уникального адреса.

Для достижения указанных технических результатов предложена система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети, содержащая:

- модуль смесителя Ethernet данных, передаваемых в соответствии со стандартом IEEE 802.3, а также данных для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств, установленный на одном конце Ethernet кабеля, содержащий не менее двух трансформаторов, каждый из которых имеет первичную обмотку с выводом средней точки и вторичную обмотку, далее - PoE трансформатор, для организации, по меньшей мере, одного дополнительного фантомного канала передачи данных, выполненного с возможностью подключения к портам IoT концентратора следующих типов:

– вход для подключения аналоговых или дискретных датчиков, или

– двухпроводный интерфейс с передачей питания, или

– двухпроводный интерфейс без передачи питания и/или

– источник дистанционного питания для IoT устройств;

- модуль разветвителя Ethernet данных, а также данных для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств, установленный на другом конце Ethernet кабеля, содержащий не менее двух PoE трансформаторов для организации, по меньшей мере, одного дополнительного фантомного канала передачи данных, выполненного с возможностью подключения:

– аналоговых или дискретных датчиков, или

– IoT устройств с двухпроводным интерфейсом с передачей питания, или

– IoT устройств с двухпроводным интерфейсом без передачи питания и/или

– IoT устройств с отдельным входом питания.

Система может дополнительно содержать, по меньшей мере, один промежуточный модуль, установленный вразрез Ethernet кабеля между модулями смесителя и разветвителя, не нарушающий работоспособность передачи Ethernet данных, и выполненный с возможностью выделения данных для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств следующих типов:

– аналоговых или дискретных датчиков, или

– IoT устройств с двухпроводным интерфейсом с передачей питания, или

– IoT устройств с двухпроводным интерфейсом без передачи питания и/или

IoT устройств с отдельным входом питания. Промежуточный модуль содержит не менее двух пар PoE трансформаторов, выводы первичных обмоток которых попарно замкнуты друг с другом.

Для организации обмена данными с IoT устройствами по RS интерфейсу и их дистанционного питания могут дополнительно устанавливаться:

– преобразователь последовательного интерфейса в двухпроводную линию с подмешиванием питания, предназначенный для обмена данными с IoT коммутатором и подмешивания дистанционного питания в двухпроводную линию - в модуль смесителя;

– преобразователь двухпроводной линии в последовательный интерфейс с выделением питания, предназначенный для обмена данными и выделения дистанционного питания для IoT устройств - в модуль разветвителя и промежуточный модуль.

При этом двухпроводный интерфейс с передачей питания, представляет собой M-Bus или KNX/EIB, или LonWorks, или IEEE P802.3cg, или 1-wire, а двухпроводный интерфейс без передачи питания, представляет собой RS485 или CAN, или LIN. Перечень интерфейсов не ограничивается перечисленными, которые приведены в качестве примера.

Модули системы могут быть оснащены дополнительными элементами электростатической защиты, гальванической изоляции и согласования.

Также при использовании Ethernet кабеля с количеством пар, равным трем или более, при этом третья и последующие пары являются дополнительными парами, модули системы дополнительно могут содержать, по меньшей мере, одну схему прямого соединения входов и выходов, к которым подключаются дополнительные пары.

При использовании Ethernet кабеля с количеством пар, равным четырем или более, при этом третья и последующие пары являются дополнительными парами, модули системы дополнительно могут содержать, по меньшей мере, одну схему соединения входов и выходов, к которым подключаются дополнительные пары, через PоЕ трансформаторы, с возможностью организации, по меньшей мере, одного дополнительного канала передачи данных и питания для IoT устройств.

Провода Ethernet кабеля, не используемые для передачи Ethernet данных, могут использоваться для передачи питания для IoT устройств.

Краткое описание фигуры

Фигура 1 – блок-схема организации дополнительного канала передачи данных и питания для IoT устройств по Ethernet кабелю, содержащая промежуточный модуль, установленный вразрез Ethernet кабеля между модулями смесителя и модулем разветвителя.

Для непоказанных пар Ethernet кабеля, при их наличии, подразумевается либо прямое соединение между соединителями E(S) и S, либо соединение описанных пар через развязывающие трансформаторы, либо дублирование компонентов, позволяющее или организовать дополнительный(ые) канал(ы) передачи данных и питания для IoT устройств. Допускается использование свободных пар кабеля, не используемых для передачи Ethernet, для передачи питания для IoT устройств.

Осуществление изобретения

Схематическое изображение заявленной системы связи для IoT устройств по кабельной сети Ethernet показано на фигуре 1. Система содержит модуль смесителя 1, соединенный посредством Ethernet кабеля с модулем разветвителя 2.

Вразрез Ethernet кабеля, между модулем смесителя 1 и модулем разветвителя 2, может устанавливаться промежуточный модуль 3 или несколько таких промежуточных модулей последовательно.

Модуль смесителя 1 содержит не менее двух PoE трансформаторов 4, каждый из которых имеет первичную обмотку с выводом средней точки и вторичную обмотку, что позволяет организовать, по меньшей мере, один дополнительный фантомный канал передачи данных с возможностью подключения к портам IoT концентратора следующих типов:

– вход 5 для подключения аналоговых, или дискретных датчиков или

– двухпроводный интерфейс 6, с передачей питания, или

– двухпроводный интерфейс 7, без передачи питания и/или

– источник дистанционного питания для IoT устройств.

Модуль разветвителя 2 содержит не менее двух PoE трансформаторов 8 для организации, по меньшей мере, одного дополнительного фантомного канала передачи данных, выполненного с возможностью подключения:

– аналоговых или дискретных датчиков 9, или

– IoT устройств 10 с двухпроводным интерфейсом с передачей питания, или

– IoT устройств 11 с двухпроводным интерфейсом без передачи питания и/или

– IoT устройств с отдельным входом питания.

Промежуточный модуль 3 позволяет выделить данные для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств следующих типов:

– аналоговых или дискретных датчиков (не показано), или

– IoT устройств с двухпроводным интерфейсом с передачей питания (не показано), или

– IoT устройств с двухпроводным интерфейсом без передачи питания (не показано) и/или

– IoT устройств отдельным входом питания.

Промежуточный модуль 3 содержит не менее двух пар PoE трансформаторов 16, выводы первичных обмоток которых попарно замкнуты друг с другом, преобразователь 17 двухпроводной линии в последовательный интерфейс с выделением питания, предназначенный для обмена данными с IoT устройствами по двухпроводному интерфейсу без передачи питания, а также для обмена данными и получения питания из двухпроводной линии.

Модуль смесителя 1 содержит преобразователь 12 последовательного интерфейса в двухпроводную линию с подмешиванием питания, предназначенный для обмена данными с IoT коммутатором 13 по RS интерфейсу, а также для обмена данными и передачи питания по двухпроводной линии.

Модуль разветвителя 2 содержит преобразователь 14 двухпроводной линии в последовательный интерфейс с выделением питания, предназначенный для обмена данными с IoT устройствами 15 по RS интерфейсу, а также для обмена данными и получения питания для IoT устройств из двухпроводной линии.

Модули смесителя, разветвителя и промежуточный модуль могут дополнительно оснащаться элементами электростатической защиты, гальванической изоляции и согласования, которые не показаны на блок-схеме.

Для организации IoT канала по свободным парам Ethernet кабеля (не задействованным для передачи Ethernet данных), далее - IoT пара, могут использоваться решения, аналогичные описанным выше, со следующими особенностями: PoE трансформаторы не устанавливаются; в модулях смесителя 1 и разветвителя 2 контакты соединителя E, на которые приходят сигнальные пары Ethernet, замыкаются на соответствующие им контакты соединителя S. Контакты соединителя S, на которые приходит IoT пара, соединяются с цепями p и n; в промежуточном модуле 3 все контакты соединителей S замыкаются попарно (1 с 1, 2 с 2 и т.п.). Контакты соединителей S, на которые приходит IoT пара, также соединяются с цепями p и n.

Заявленная система связи позволяет организовать дополнительный канал передачи данных между IoT концентратором и IoT устройствами по: a) аналоговой двухпроводной линии; b) двухпроводному интерфейсу без передачи питания; c) двухпроводному интерфейсу, с передачей питания; d) RS интерфейсу и цепи передачи дистанционного питания.

Модули системы могут представлять собой как устройства в отдельном корпусе, так и быть интегрированными в IoT концентратор, в Ethernet устройства, в IoT устройства, либо в розетки, при этом в одном корпусе может быть интегрировано несколько модулей смесителя, разветвителя и промежуточных модулей в любых сочетаниях с необходимыми внутренними или внешними соединениями между ними.

Хотя данное изобретение было показано и описано со ссылкой на определенные варианты его осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные изменения и модификации могут быть сделаны в нем, не покидая фактический объем изобретения.

1. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети, характеризующаяся тем, что содержит:

- модуль смесителя Ethernet данных, передаваемых в соответствии со стандартом IEEE 802.3, а также данных для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств, установленный на одном конце Ethernet кабеля, содержащий не менее двух трансформаторов, каждый из которых имеет первичную обмотку с выводом средней точки и вторичную обмотку, далее - PoE трансформатор для организации, по меньшей мере, одного дополнительного фантомного канала передачи данных, выполненного с возможностью подключения к портам IoT концентратора следующих типов:

– вход для подключения аналоговых или дискретных датчиков, или

– двухпроводный последовательный интерфейс с передачей питания, или

– двухпроводный последовательный интерфейс без передачи питания и/или

– источник дистанционного питания для IoT устройств;

- модуль разветвителя Ethernet данных, а также данных для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств, установленный на другом конце Ethernet кабеля, содержащий не менее двух PoE трансформаторов для организации, по меньшей мере, одного дополнительного фантомного канала передачи данных, выполненного с возможностью подключения:

– аналоговых или дискретных датчиков, или

– IoT устройств с двухпроводным последовательным интерфейсом с передачей питания, или

– IoT устройств с двухпроводным последовательным интерфейсом без передачи питания и/или

– IoT устройств с отдельным входом питания.

2. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по п. 1, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, один промежуточный модуль, установленный в разрез Ethernet кабеля между модулями смесителя и разветвителя, не нарушающий работоспособность передачи Ethernet данных и выполненный с возможностью выделения данных для IoT устройств и дистанционного питания для IoT устройств следующих типов:

– аналоговых или дискретных датчиков, или

– IoT устройств с двухпроводным последовательным интерфейсом с передачей питания, или

– IoT устройств с двухпроводным последовательным интерфейсом без передачи питания и/или

– IoT устройств с отдельным входом питания.

3. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по п. 2, характеризующаяся тем, что промежуточный модуль содержит не менее двух пар PoE трансформаторов, выводы первичных обмоток которых попарно замкнуты друг с другом.

4. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по п. 1, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит:

– преобразователь последовательного интерфейса в двухпроводную линию с подмешиванием питания, предназначенный для обмена данными с IoT коммутатором и подмешивания дистанционного питания в двухпроводную линию, установленный в модуль смесителя, и

– преобразователь двухпроводной линии в последовательный интерфейс с выделением питания, предназначенный для обмена данными и выделения дистанционного питания для IoT устройств, установленный в модуль разветвителя и промежуточный модуль.

5. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по любому из пп. 1-4, характеризующаяся тем, что модули смесителя, разветвителя и промежуточный модуль дополнительно оснащены элементами электростатической защиты, гальванической изоляции и согласования.

6. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по любому из пп. 1-4, характеризующаяся тем, что Ethernet кабель содержит три пары проводов или более, при этом третья и последующие пары являются дополнительными парами.

7. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по п. 6, характеризующаяся тем, что модули смесителя, разветвителя и промежуточный модуль дополнительно содержат, по меньшей мере, одну схему прямого соединения входов и выходов, к которым подключаются дополнительные пары.

8. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по любому из пп. 1-4, характеризующаяся тем, что Ethernet кабель содержит четыре или более пар проводов, при этом четвертая и последующие пары являются дополнительными парами.

9. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по п. 8, характеризующаяся тем, что модули смесителя, разветвителя и промежуточный модуль дополнительно содержат, по меньшей мере, одну схему соединения входов и выходов, к которым подключаются дополнительные пары, через PоЕ трансформаторы, с возможностью организации, по меньшей мере, одного дополнительного канала передачи данных и питания для IoT устройств.

10. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по п. 1, характеризующаяся тем, что двухпроводный последовательный интерфейс с передачей питания представляет собой M-Bus, или KNX/EIB, или LonWorks, или IEEE P802.3cg, или 1-wire.

11. Система связи для IoT устройств по кабельной Ethernet сети по п. 1, характеризующаяся тем, что двухпроводный последовательный интерфейс без передачи питания представляет собой RS485, или CAN, или LIN.