《工业通信与网络技术》试题-答案2

院系院系学号姓名…………密………………封………………线………………… 第4页（共10页） 第5页（共10页）哈尔滨工业大学学年夏季学期工业通信与网络技术试题题号一二三四五六七八九十总分得分阅卷人院系院系学号姓名……………密………封………线………………… 第1页（共10页）本题得分一、简答题（共46分）1、按照国际标准IEC61158给出现场总线的定义。（本题4分）答：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。2、请列出现场总线的6个技术特点。（本题6分）答：（1）现场通信网络；（4）现场设备互连网络；（2）数字通信网络；（5）结构与功能高度分散的系统；（3）开放互连网络；（6）现场设备的互操作性与互换性。3、OSI参考模型分为哪7层？TCP／IP参考模型分为哪4层？（本题5.5分）答：OSI参考模型分为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。TCP／IP参考模型分为：主机与传输线路接口、互联网层、传输层和应用层。4、给出高级数据链路控制(HDLC)中帧的6个组成部分（本题5分）答：标志、地址、控制、信息、FCS、标志。5、列出CAN总线的4种帧类型，给出标准格式数据帧的具体组成，并指出标准格式数据帧不计填充位时最少和最多各有多少位？（本题6.5分）答：CAN有4种帧类型，分别为数据帧、远程帧、错误帧与超载帧。数据帧组成如下图所示：帧间空间帧间空间帧间空间数据帧或超载帧帧起始仲裁场控制场数据场CRC场帧结束ACK场标准数据帧不计填充位，最少44位（1分），最多108位。6、以图的方式给出Modbus应用数据单元（ADU）的具体组成。说明在ModbusRTU模式下，报文帧帧内字符间隔和帧间字符间隔各需满足什么条件。（本题6分）答： 图ADU组成在ModbusRTU模式下，报文帧帧内字符间隔需小于等于1.5个字符时间，帧间字符间隔需大于等于3.5个字符时间。7、阐述以太网标准IEEE802.3采用的二进制指数退避的１坚持算法的基本原理，并分析其优缺点。（本题7分）答：IEEE802.3采用的二进制指数退避的１坚持算法的基本原理：当站点连续多次遇到冲突时，它仍然不断地试图进行重发。在前10次重传过程中，每次重传的随机时延平均值会加倍。然后再做6次尝试，此时的平均时延值保持不变。在16次不成功的尝试后，站点放弃传输并报告有差错发生。优点：在拥塞程度不断严重的情况下，逐渐增大退避量就可以减小冲突发生的概率。缺点：后进先出，没有或几乎没有发生过冲突的站点要比已经等了很长时间的站点有更多的机会先传输。8、比较CAN、DeviceNet、EIA-485三种总线的最大总线长度（传输距离）和最大网络速度（最大传输速率）。（本题6分）答：CAN：最大总线长度10km；最大网络速度1Mbps。DeviceNet：最大总线长度500m；最大网络速度500kbps。EIA-485：单网段最大总线长度1200m；最大网络速度12Mbps。本题得分二、用伪三进制Pseudoternary编码对二进制序列1000000001进行信号编码，请画出编码后的信号波形，限定二进制序列之前的比特0对应的是负电平。（本题6分）答：本题得分三、计算题（共21分）1、给定报文D=1010001101（10位），预定比特序列（预定的除数）P=110101（6位），请采用摸2运算计算该报文对应的CRC帧检验序列R（5位）。（本题8分）答：2、已知CAN网络使用的独立CAN控制器SJA1000的晶振频率为24MHz，若总线定时寄存器BTR0=11Hex，BTR1=AAHex，则CAN网络的通信速率是多少？设CAN网络中标准格式的数据帧包含3个字节有效数据，则其最小CAN中断时间是多少？（相关表格参见附页）（本题13分）答：tCLK=1/fXTAL=1/24M=1/24微秒（1分）因BTR0=11Hex，则==3/2微秒（2分）因BTR1=AAHex，则（1分）=（2分）=（2分）CAN网络的位时间：微妙（1分）CAN网络的通信速率：44.4kbps（1分）最小CAN中断时间：微妙（4分）本题得分四、在一个DeviceNe现场总线系统中，MACID值为1的主站分别与MACID值为8、15、16的从站建立了预定义主/从连接组关系，这三个从站和主站之间采用位选通数据触发方式进行数据的生产/消费。请写出主站发给从站的位选通命令报文和每一个从站的位选通响应报文对应的CID，要求同时给出CID的十六进制和二进制表达形式。（相关表格参见附页）（本题12分）答：主站的位选通命令报文CID：0x408，100000010008号从站的位选通响应报文CID：0x388，0111000100015号从站的位选通响应报文CID：0x38F，0111000111116号从站的位选通响应报文CID：0x390，01110010000本题得分五、请以图解的方式详细描述DeviceNet现场总线中MACID为0的客户机与MACID为6的服务器之间成功建立显式信息连接的过程。假设两个节点都是UCMM能力设备，双方约定将来在组1报文上通信，客户机使用报文IDA，服务器使用报文ID3，类和实例ID都用8位表示，且服务器返回的连接实例ID为2。（本题15分）答：附页：标识符位标识用途16进制范围1098765432100组1报文ID源MACID组1报文000-3ff01101源MACID从站的I/OCOS或周期报文01110源MACID从站的位选通响应报文01111源MACID从站的I/O轮询响应或COS/周期应答报文10MACID组2报文ID组2报文400-5ff10源MACID000主站的I/O位选通命令报文110源MACID001保留给主站使用-使用为TBD0目的MACID010主站的COS或周期应答报文10源MACID011从站的显式/未连接响应报文10目的MACID100主站的显式请求报文10目的MACID101主站的I/O轮询/COS/周期报文10目的MACID110仅限组2未连接显式请求报文（保留）10目的MACID111重复MACID检验报文图1预定义主/从连接组标识符区定义报文头报文头76543210Frag[0]XIDMACID0R/R[0]服务代码[4B]保留（所有位=0）请求报文体格式组选源报文ID字节偏移量123报文体图2开放显式信息连接请求格式表1报文体格式值值含义0DeviceNet(8/8)，类=8位整数，实例ID=8位整数1DeviceNet(8/16)，类=8位整数，实例ID=16位整数2DeviceNet(16/16)，类=16位整数，实例ID=16位整数3DeviceNet(16/8)，类=16位整数，实例ID=8位整数4-F由DeviceNet保留表2组选值值含义0报文组11报文组22保留3报文组34-F由DeviceNet保留表3开放显式信息连接请求中的源报文ID如果组选等于：那么源报文ID：0或3指定为客户机从其组1或3报文ID中分配的报文ID。客户机将利用此报文ID与其自身的MACID（源MACID）共同产生一个连接ID，它在客户机随后通过此连接发送的一个报文时被说明。1被忽略/被设置为0值。776543210Frag[0]XIDMACID0R/R[1]服务代码[4B]保留（所有位=0）实际报文体格式目的报文ID源报文ID字节偏移量123报文体内容45连接实例ID报文头图3开放显式信息连接响应格式表4开放显式信息连接响应中的目的报文ID如果打开请求中的组选被设置为：那么打开响应中的目的报文ID：0或3被忽略且应被设置为0值。1被客户机用于和服务器的MACID（目的MACID）共同产生一个连接ID，它在通过此连接发送时说明。服务器从组2报文ID中分配了此值。BIT7BIT6BIT5BI