[人文社科]DCS的数据通信

1、v计算机网络和局部网络 凡将地理位置不同且具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和线路将其连接起来，由功能晚上的网络软件（网络协议、信息交换控制程序和网络操作系统）实现网络资源共享。局部网络的主要特点： 1、数据传输速率高、误码率低； 2、可以支持几百台互相独立的设备； 3、网络的拓扑结构比较简单； 4、通信协议比较简单； 5、价格比较低廉。性 能高速局部网络局域网络计算机交换分机传输距离数据传输率通信媒体拓扑结构可支持设备数交换技术101000m120000m1001000m20100mbps120mbps230kbpscatv同轴电缆、光纤双绞线、同轴电缆、光纤双绞线总 线总线、树、环

2、形星形或多级星形几十几百几十分组交换分组交换电路交换v数据通信1、数据和传输数据的信号 模拟数据采用模拟信号传输；如普通的电话系统。 数字数据采用模拟型号传输； 数字数据采用数字信号传输； 模拟数据采用数字信号传输； 2、同步通信和异步通信 异步通信 每次传送一个信息字符，字符前加1位起始位0，后面加入1位校验位和12位停止位；不传送的时候连续送出1。收发双方约定每一位的持续时间，使接收端严格跟踪发送端的时标。 同步通信 不必加起始位、结束位等。可通过专门的时钟脉冲传输线，也可采用自同步的编码方式。 3、单工通信和双工通信 三、通信媒体共享技术 1、通信媒体通信媒体信号技术最大传输率（mbps

3、）最大传输距离可连接设备数双绞线同轴电缆（50欧）同轴电缆（75欧）同轴电缆（75欧）同轴电缆（75欧）光纤数字数字数字fdm模拟单信道模拟模拟121050205010几公里几公里一公里几十公里一公里一公里几十几百几十几千几十几十 2、多路复用技术 在同一通信媒体上先把多路信号混合传输，接受后再把它们分离开来的技术。 频分多路复用（fdm） 须防干扰，避免相邻频带的串音； 时分多路复用（tdm） 适用于数字数据的传输，具较强的抗干扰性，易实现自动转接及集成化，在dcs中广泛应用。 3、集线技术 4、多点线路技术 5、通信交换技术v 电路交换；v 报文交换；v 分组交换； 差错控制是数据链路层的

4、任务，但在物理层应对数据进行抗干扰编码。 1、产生差错的原因p 噪音；p 传输失真；p 载波干扰；p 传输反射干扰；p 线间串扰；p 静电告饶 2、抗干扰编码 （1）奇偶检验码 将所要传送的数据码元分组，在每一组数据后面加一位奇偶检验位，使该组连检验位在内的码字中1的个数为偶数 还是奇数。 （2）循环冗余码 （线性码）例子： 数据位是3位，用(a0a1a2)表示；取检验码(a3a4a5a6)，由(a0a1a2 a3a4a5a6)组成抗干扰码。若校验位满足下列关系： a3=a0 a2a4=a0 a1 a2 a5=a0 a1a4=a1 a2 由于信息位共3位，可组成的8个抗干扰编码是： 00000

5、00；0011101；0100111；0111010； 1001110；1010011；1101001；1110100。l循环码与循环冗余码 若线性码c的一个码字(a0a1an-1)作循环右移1位后得到的码字还是c中的码字。 循环冗余码的特点： 1、g(x)的零次项为1，可以检出信息序列任一位出错； 2、 g(x)含有(x+1)因子，可检出奇数个位的出错； 3、能以1-0.5r-1的概率检查出长度为r+1的突发错误。（3） 差错控制 超时重发 拒绝接收 选择拒绝 探询 总线网环形网星形网（一）dcs中通信网络的特点v 实时性好，动态响应快；v 可靠性高；v 适应恶劣的工业现场环境；v 开放系统

6、互连和互操作性。 (二) osi参考模型 协议： 1）包括数据格式、信号电平等规定； 2）包括用于调整和差错处理的控制信息； 3）时序，包括速度匹配和排序；各层所共有的功能： 1）封装过程； 2）分段存储； 3）连接建立； 4）流量控制； 5）差错控制； 6）多路复用；(三) proway 工业过程控制数据公路标准 proway 具有三个基本的功能层：链路控制层(plc)、媒体存取控制层(mac)和物理接收发送层(phy). plc子层逻辑上分为本地状态机和远程状态机。plc为用户提供三种服务： 由一个本地发送站使用应答协议向一个远程应答站发送数据。 由一个本地站无确认或重复地发送数据给一个、

7、几个或者所有远程接收站。 由一个本地站使用应答协议向一个远程站请求以提供信息。 mac子层的功能在逻辑上分为接口机、存取控制机、接收机和发送机。 mac决定本站何时具有对共享媒体的存取权，以及决定何时把令牌传送到后继站。 phy子层的通信媒体为单信道同轴电缆总线，数据传输速率为1mbps. 收发的信号是相位连续的曼彻斯特编码数据。不采用有源中断器和放大器。(四)、map制造自动化协议 由gm发起建立的工业环境下的局域网通信标准。现有三种结构：全map、小map及增强性能结构map。 全map采用宽带同轴电缆；通信协议采用ieee802的有关协议以及iso的有关标准。全ma p76543数据链路

8、层物理层7接口塌缩结构osi的应用有苛刻时间要求的应用epa map结构图 小小map：只有物理层、数据链路层和应用层。目的是为了减小封装和解装的时间，以及接口的服务时间。 增强性能结构增强性能结构map：一边采用全map，另一边支持小map，两边可相互通信。应用于map与小map连接的操作员级、车间级的通信系统中。 map网络以节点为核心，通过网桥可以与map载带网相连，通过网间连接器与其他网络相连。传输速率为10mbps. (五)、现场总线标准 在dcs中，物理层与链路层常用的网络协议是以太网的网络协议，在网络层采用ip，传送层采用tcp。ieee802提供了局域网的最小基本通信的功能。

9、在dcs中，采用csma/cd方式传送数据的总线网大多采用的是以太网。 结构分层 以太网的网络结构分为三层：物理层、数据链路层、高层用户层。 接收链路管理发送链路管理接收数据解装发送数据封装接收通道取数发送通道取数接收数据编码发送数据编码同轴电缆高层用户层与数据链路层的接口高层用户层数据链路层物理层 物理层 采用50欧的基带同轴电缆作为通信媒体。数据传输速率是10mbps;工作站最多1024个；工作站通过中继站可达2.5km。 每个工作站由收发器、收发器电缆、以太网接口及主机接口等组成。物理层的一些特点： 1、 同一网络上，两个以上的数据链路之间，具有收发信息的能力； 2、检测载波的能力； 3

10、、检测冲突的能力； 4、最大往返延迟时间是0.045ms物理层需要完成下列功能： 1、数据编码，采用曼彻斯特编码方式； 2、发送同步和时钟信号； 3、载波检出和冲突检出； 4、位传送和接收 数据链路层 以太网的数据链路层分为数据封装和数据管理两个子层。每帧传送的数据为461500个字节，数据长度是可变的。 数据链路层的控制采用csma/cd的方式。6字节目的地址目的地址6字节2字节461500 字节4字节源地址源地址协议类型协议类型数数 据据帧校验序列帧校验序列以太网数据帧格式以太网得到广泛应用： 1、结构简单、易扩充、传输速率高。 2、许多公司开发出集成芯片来完成通信的功能。如inter的局

11、部通信控制器8256及以太网串行接口82501等等。rs-232crs-232c标准接口标准接口用于数字终端设备(dte)与数字电路终端设备(dce)之间的接口标准.属物理层所定义的内容.u 机械特性机械特性u 电气特性电气特性rs-232c使用负逻辑, 即逻辑 1 用负电平(-5-15v)表示;逻辑逻辑 0 用正电平(+5+15v)表示; -33v为过渡区.rs-232c的机械接口有9针、 15针和25针3种类型.u 功能特性功能特性定义接口各引脚的功能和连接关系,rs-232c接口规定了21条信号线和25个引脚的连接器.最简单的通信方式只需3根引线,最多可以用22根引线.绝大多数场合只需9

12、根引线.u 串行接口标准串行接口标准1、单端通信;2、发送端输出正电平在+5+15v,负电平在-5-15v.3、接收器的工作电平在+3+12v与-3-12v.4、共模抑制能力差. 5、最大传送距离约15米,最高速率为20kps.6、适合本地设备的通信. 7、缺点: 通信距离短、速率低. rs-232c提供的标准位传输速率有50、75、110、150、200、4800、9600波特等.在dcs中采用的位传输速率常用300、1200及9600bps等. 传输速率的选择应根据传输过程是否发生超限出错来决定. 当两台设备的传输速率不匹配或者一台设备不能尽快处理传送来的数据,就会出现超限出错. 解决办法

13、: 降低传输速率.rs-422、rs-485 最大传输距离可达1200 m,最大传输速率达1mbps.rs-422是全双工,而rs-485为半双工.在许多智能仪器中用它作为现场总线接口.ieee 802.3通信协议 ieee制定的局域网的标准,相当于osi参考模型的第一、二层,而高层与osi参考模型兼容. 规定了物理层、逻辑链路层(llc)和媒体存取控制层(mac).设置llc的原因: osi参考模型的数据链路层中缺少对包含多个源和目的地址的链路进行访问管理所需的逻辑功能.主要服务功能是差错控制和流量控制. ieee 802.2规定在同一llc子层中,可以有多种媒体存取的方式,采用单一的结构不

14、能满足各种应用的需要. 对通信媒体的使用进行管理.包含控制定位以及存取方式. 在ieee802的mac协议中,采用分布式控制方法. 特点:控制功能分散到各个通信站,控制的实现是随机的或者有序的.ieee 802.3协议是带有冲突检测的载波侦听多路存取控制协议(csma/cd).总线网、树形网最常用的媒体存取控制、树形网最常用的媒体存取控制协议协议. 当通信媒体忙时,发信站可按下列三种算法工作:1) 非坚持协议;2) l-坚持协议;3) p-坚持协议. 但若两个信息帧发生冲突,则两个帧发送的整个期间,通信媒体都无法正常使用. 采取的规则: 1) 发现冲突,立即停止发送该帧,并发一个阻塞信号,通知

15、网上各站; 2) 发送阻塞信号后,等待一个随机分布的时间,然后按csma方式重发该帧.前导码dasalenthllcpadfcssfd812,62,620-15004csma/cd的mac帧格式ieee 802.4 总线网的令牌总线媒体存取控制协议.具有下列管理功能: 1、填加通信站的功能;2 、减少通信站的功能; 3 、逻辑环初始化的功能; 4 、错误排除功能; 5 、优先控制功能.前导码sdffdallcfcsedsa10112,6412,6令牌总线的mac帧格式csma/cd和令牌传递媒体存取控制协议是dcs中采用较多的两种存取协议.csma/cd:提供均等的发信机会,算法简单;成本低;

16、可靠性高;负载小时,有较高信道吞吐量;负载较大时,仍能稳定工作.令牌传递媒体存取控制: 吞吐量高,负荷变化的影响较小;对信号幅度要求不苛刻,支持优先级通信,但算法复杂,有较大的延迟.ieee 802.5 令牌环形网络媒体存取控制协议. 为了令牌环上只有一个令牌环运动,不允许有两个站同时发送数据,令牌环的控制站应具有下列功能: 1 启动和令牌丢失; 2 数据帧无休止循环; 3 多重令牌;ieee 802.2 逻辑链路层控制协议.向高层用户提供三种服务: 1、无确认无连接服务 2、面向连接服务 3、有确认无连接服务.与iso的参考模型中数据链路层比较: 1、ieee 802.2所处理的链路由许多通

17、信站共同访问; 2、对媒体存取细节不过问 3、提供一些网络层功能,不存在路由选择.acdasadsapssapcdatafcsip网际通信协议 在dcs中存在不同局域网之间的互联和同类局域网之间的互联.网络互联的基本要求: 1 、 网络之间提供数据传输的链路 2 、不同网络提供数据的差错控制、流量控制、路由选择等服务; 3 、尽量减少各个网络的软件、硬件、通信协议、性能的影响; 4 、尽量降低成本; 5 、 提供会计功能,记录状态信息.ip网际通信协议 表示在两个位于不同网络的用户进程之间进行通信的过程和相应的信息包交换.用户atpllcmac物理ip用户btpllcmac物理ipipllcmac物理ipllcmac物理a- a-g1g2- c-bba:lmh-1iphtphdatalh-1iphtphdatab:c:lmh-2iphtphdatanh-1ip 工作原理tcp tcp 用于提供应用程序之间的通信,主要包括格式化的信息流,提供可靠的端到端的差错控制和流量控制,提供不同应用程序的识别. 在dcs与其他网络进行大量的数据交换时,需采用tcp传输控制协议.用户数据fms-pci用户数据fas-pcidll-pcifms-pci用户数据fas-pcifms-pci用户数据dll-pci fas-pci fms-pci用户数