第三章 工业通信局域技术.ppt

1、第三章 工业通信局域网技术,谈英姿 东南大学自控系工业自动化教研室,主要内容,3.1工业通信局域网的要求和特点 3.2差错控制技术 3.3 工业控制局域网体系结构 3.4 局域网技术,3.1工业通信局域网的要求和特点,高可靠性 快速实时响应能力 恶劣的环境应用能力 严格的网络安全性,3.2差错控制技术,校验 奇偶校验 循环冗余校验 纠错 重发纠错 自动纠错 混合纠错,3.3 工业控制局域网体系结构,工业领域中通信往往要考虑以下几个问题： 产品怎样互联在一起？ 网络中不同产品间要有可靠的互操作性及不同供货商的同类产品要有可互换性。 产品将要交换什么样类型的数据？ 是控制数据(如I/O 等)还是信

2、息数据。 网络需要什么样的容吐量,网络体系结构的划分,对数据量要求的不同。网络上要求传送的数据量可能以兆字节或字节或位来计算。负载量的变化，对网络的带宽有不同要求。 对数据类型要求不同。要求可能是I/O信息，状态突变的信息或显式报文（Explicit Messaging），程序的上载/下载，诊断信息等 对网络性能要求不同。可能要求网络主要处理高速离散量或者模拟量，对工业控制网络特别要求确定性和可重复性。,三层网络体系结构,三层网络,即设备层、控制层和信息层的体系。 数据可以双向流通、层与层之间可以交换数据对某一具体应用可以选择其中某层或某几层，而且每层之间可能存在层叠。 目的： 采用一个开放的

3、、扁平的、满足高性能系统需求的、降低整体系统费用的（包括提高网络/设备诊断能力、减少接线、安装、系统调试时间，提高纠错能力）的网络体系。,三层网络体系结构,3.4 局域网技术,LAN是允许中等地域内的众多独立设备通过中等速率的物理信道直接互联通信的数据通信. 三种标准: IEEE802.3CSMA/CD 以太网 IEEE802.4 Token-bus 令牌总线网 IEEE802.5 Token-Ring 令牌环网,IEEE802.5标准与令牌环网,令牌环 Token Ring 是一种 LAN 协议，定义在 IEEE 802.5 中。之所以称为环，是因为这种网络的物理结构具有环的形状。环上有多个

4、站逐个与环相连，相邻站之间是一种点对点的链路。通过围绕环的令牌信息授予传输权限。 网络的介质访问控制方式令牌环 令牌环上传输的数据格式（帧）为令牌帧 令牌传递网络具有确定性,IEEE802.3标准与以太网,CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)的工作原理可用四个字来表示“边听边说”:即一边发送数据,一边检测是否产生冲突 CSMA/CD控制方式主要用于总线型网络拓扑结构，基带传输系统,IEEE802.4 标准与令牌总线,综合令牌传递方式和总线网络的优点,在物理总线结构中实现令牌传递控制方法,构成逻辑环路,这就是IEEE802.4的令牌总线介质访问控制技术. 令牌总线型网络的典型代表是美国D

5、ata Point公司研制的ARC(Attached Resource Computer)网络. 电气电子工程师协会（IEEE）8024委员会已经定义了令牌总线标准是宽带网络标准，以与以太网的基带传输技术区别。令牌总线网络通过总线拓扑结构，使用75欧姆CATV同轴电缆构造。8024标准的宽带特性，支持在不同的信道上同时进行传输。宽带电缆有较长的传输能力，传输率可达10Mbps。,IEEE802.4 标准与令牌总线,令牌按照站点地址的序列号，从一个站点传送到另外一个站点。这样，这个令牌实际上是按照逻辑环而不是物理环进行传递。在数字序列的最后一个站点将令牌返回到第一个站点。这个令牌并不遵照连接到这

6、条电缆的工作站的物理顺序进行传递。可能站点1在一条电缆的一端，而站点2在这条电缆的另外一端，站点3却在这条电缆的中间。 环上信息发送由令牌控制。获得令牌的站点，可以在规定的一段时间内，控制传输介质总线进行发送。本站发完信息，或超过规定时间，则应将令牌传送给后继站。由于逻辑环上只有唯一的令牌沿环循环流动，且只有获得令牌者，方能发送数据，从而避免了网上碰撞。,每个工作站在环中均有一个指定逻辑位置，末站的后站就是首站（即首尾相连），每站都了解其先行站和后继站的地址, 总线上各站的物理位置与逻辑位置无关，如图所示。,令牌传送顺序仅取决各站在逻辑环上的位置，而与其在总线上的物理位置无关。因为总线网是广播

7、型的，每站都可收到总线上传输的帧，但他们只接收本站为目的站的帧。当令牌经过本站而无数据发送时，则本站一收到令牌就立即将其传递给下一站。 令牌总线网为不同负载提供不同的优先级别服务，当一个站点得到令牌后，按优先级别发送数据。而且优先级别越高，分配发送的时间越长。,站点连到电缆上的实际顺序并不重要。因为电缆是固有的广播介质，所以每个站点都可以收到所有的帧，但把不是发给它的帧丢掉。当站点传递令牌时，只要向环上的逻辑邻居发送一令牌帧，无需考虑该邻居实际上位于电缆何处。 称为令牌的控制帧调整访问的权利。令牌帧包含目的地址，收到令牌的工作站在一段规定的时间内被授予对介质的控制权，因而该站可以发送一帧或多帧

8、信息。 这种方式要求一定的维护工作量。至少，应完成以下几种维护操作： 1环的初始化；2加入环路；3退出环路；4恢复,IEEE 802.3、IEEE 802.4、IEEE 802.5的比较,IEEE 802.3总线网由于结构简单、安装容易、控制协议简单及总线可靠性高而被广泛使用，另外在轻负载时可以获得很好的延迟特性。但网络负载增加时，由于冲突会引起网络性能下降。 IEEE 802.4令牌总线网使用高可靠性的有线电视电缆，可以同时支持多个通道。适用于实时系统；由于不存在冲突检测，因而不需要限制帧的最小宽度。 IEEE 802.4令牌总线网使用了大量的模拟技术，导致延迟特性差、协议相当复杂；这种网络用户使用得比较少。 IEEE 802.5令牌环网使用“点-点”链接，因而可以使用多种介质。,802.3以太网 802.5令牌环 802.4令牌总线 协议复杂性 碰撞解决较复杂 令牌和环维护复杂 最复杂 访问确定性 不确定 确定 确 定 支持优先级 不支持 支持 支持 模拟技术 碰撞检测使用 完全数字化 大量使用 数据速率 10-1000Mbps 4