工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)XXXX3

工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（2）哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所劉勇2015（春）第二章現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)一、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)概觀1.低層現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS-DP（IEC61158第4版，Type3）單主站網(wǎng)絡(luò)HART（IEC61158第4版，Type20）網(wǎng)絡(luò)ControlNet（IEC61158第4版，Type2）網(wǎng)絡(luò)及其冗余方式FFHl（IEC61158第4版，Type9）網(wǎng)絡(luò)2.多層現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)PROFInet（IEC61158第4版，Type10）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖方式LonWorks（GB/Z20177-2006）本地與遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)段集成現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用Web服務(wù)器的現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)二、網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)1.按網(wǎng)絡(luò)的地理范圍分類(lèi)星際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙（Bluetooth）PAN配置個(gè)域網(wǎng)（PAN）：允許設(shè)備圍繞著一個(gè)人進(jìn)行通信。也可用RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）局域網(wǎng)（LAN）：一種私有網(wǎng)絡(luò)，一般在一座建筑物內(nèi)或其附近。無(wú)線和有線LANAP，AccessPoint：訪問(wèn)點(diǎn)或接入點(diǎn)。WiFi：IEEE802.11，11Mbps到幾百M(fèi)bps。VLAN，VirtualLAN：虛擬局城網(wǎng)。城域網(wǎng)（MAN）：規(guī)模局限在一座城市的范圍內(nèi)，10-100公里?；谟芯€電視的城域網(wǎng)adhoc

自組織廣域網(wǎng)（WAN）：能跨越很大的地理區(qū)域，通常是一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或者一個(gè)大陸。連接澳大利亞3個(gè)分支辦事處的WANVPN虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)：一組相互連接的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為互聯(lián)網(wǎng)（internet）或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（internetwork）。一般具有通用意義因特網(wǎng)（Internet）：一種全球范圍內(nèi)的特殊網(wǎng)絡(luò)，將ISP（Internet服務(wù)提供商）的網(wǎng)絡(luò)與各種各樣的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)及其它網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。首字母大寫(xiě)由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中提供資源的終端（稱(chēng)為主機(jī)）和申請(qǐng)資源的終端共同組成。資源子網(wǎng)由通信節(jié)點(diǎn)和通信鏈路組成，承擔(dān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸、交換、加工和變換等通信處理工作。通信子網(wǎng)2.按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi)※星形※環(huán)形※總線形※樹(shù)形※不規(guī)則形※完整性3.按傳輸介質(zhì)分類(lèi)※架空明線※雙絞線※同軸電纜※光纖※無(wú)線（紅外/微波/衛(wèi)星）4.按通信方式分類(lèi)（1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)每條物理線路連接一對(duì)計(jì)算機(jī)。假如兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間沒(méi)有直接的線路，那么它們之間的分組就要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的接收、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)，直到目的節(jié)點(diǎn)。由于連接多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的線路結(jié)構(gòu)可能是復(fù)雜的，因此從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)可能存在多條路由，決定分組從通信子網(wǎng)的源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由需要有路由選擇算法。又稱(chēng)單播（2）廣播式網(wǎng)絡(luò)傳輸所有連網(wǎng)計(jì)算機(jī)共享一個(gè)公共通信信道。當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)利用共享通信信道發(fā)送報(bào)文分組時(shí)，所有其它的計(jì)算機(jī)都會(huì)收聽(tīng)到這個(gè)分組。由于發(fā)送的分組中帶有目的地址和源地址，接收到該分組的計(jì)算機(jī)將檢查目的地址是否與本節(jié)點(diǎn)地址相同。若被接收的報(bào)文分組的目的地址與本節(jié)點(diǎn)地址相同，則接收該分組，否則丟棄該分組。可分出多播或組播5.按網(wǎng)絡(luò)的使用目的分類(lèi)共享資源網(wǎng)：使用者可共享網(wǎng)絡(luò)中的各種資源，如：文件、掃描儀、打印機(jī)以及各種服務(wù)。Internet網(wǎng)是典型的共享資源網(wǎng)。數(shù)據(jù)處理網(wǎng)：用于數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)絡(luò)，如：科學(xué)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理用網(wǎng)絡(luò)等。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)：用來(lái)收集、交換、傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，如：情報(bào)檢索網(wǎng)絡(luò)等。注：目前網(wǎng)絡(luò)使用的目的都不是單一的。6.按服務(wù)方式分類(lèi)客戶(hù)機(jī)／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)：客戶(hù)機(jī)向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求并獲得服務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò)形式。多臺(tái)客戶(hù)機(jī)可以共享服務(wù)器提供的各種資源。對(duì)等網(wǎng)：每臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以與其它每臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)話，共享彼此的信息資源和硬件資源，組網(wǎng)的計(jì)算機(jī)一般類(lèi)型相同。7.按傳輸速率劃分低速網(wǎng)絡(luò)：<10kbps中速網(wǎng)絡(luò)：10kbps—100Mbps高速網(wǎng)絡(luò)：100Mbps—10Gbps8.按交換方界式劃分（1）電路交協(xié)換網(wǎng)：如刊電話系統(tǒng)期；（2）報(bào)文交鋪換網(wǎng)：如指電報(bào)系統(tǒng)固；（3）分組交囑換網(wǎng)：如涼因特網(wǎng)，ATM網(wǎng)（交另?yè)Q的是頌信元）博。9.按適用范花圍劃分（1）公用網(wǎng)毅：如：CHIN喪APAC（中國(guó)分撈組交換網(wǎng)糞）；（2）專(zhuān)用鄉(xiāng)豐網(wǎng)：如標(biāo)：微軟眉公司內(nèi)街部網(wǎng)三、計(jì)算水機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬膝件網(wǎng)絡(luò)硬件編主要由可倒獨(dú)立工作若的計(jì)算機(jī)鉤、網(wǎng)絡(luò)設(shè)鍋備和傳輸模介質(zhì)組成超。1.計(jì)算機(jī)是計(jì)算祥機(jī)網(wǎng)絡(luò)和的核心逐，用戶(hù)朱主要的嗎網(wǎng)絡(luò)資田源。服務(wù)器類(lèi)：向網(wǎng)趕絡(luò)用戶(hù)浸提供服坊務(wù)，并看負(fù)責(zé)對(duì)偷網(wǎng)絡(luò)資駱源進(jìn)行刷管理。奮可分為沉文件服孫務(wù)器、鞠通信服如務(wù)器、秤備份服疑務(wù)器、振打印服泉?jiǎng)?wù)器等奧。一般夫由功能醋強(qiáng)大的伸計(jì)算機(jī)流擔(dān)任，趴如：小鄙型機(jī)、迫專(zhuān)用PC服務(wù)器說(shuō)、高檔PC。網(wǎng)絡(luò)工移作站：蘿是一臺(tái)濁供用戶(hù)旅使用網(wǎng)爭(zhēng)絡(luò)的本奏地計(jì)算姜機(jī)，為圣用戶(hù)服拴務(wù)，同撈時(shí)被授夸予一定暗權(quán)限訪膨問(wèn)服務(wù)顏器，或遙與其它經(jīng)工作站黨通信及嶄共享網(wǎng)液絡(luò)資源繁。2.網(wǎng)絡(luò)設(shè)月備網(wǎng)卡：邁又稱(chēng)網(wǎng)缸絡(luò)接口倚適配器社（NIC），是計(jì)燦算機(jī)與傳廟輸介質(zhì)的例接口，負(fù)耐責(zé)網(wǎng)絡(luò)上命數(shù)據(jù)包的頁(yè)接收和發(fā)草送。調(diào)制解欠調(diào)器：首用來(lái)實(shí)勉現(xiàn)通信相信道上惠數(shù)字信馳號(hào)與模店擬信號(hào)麥的相互番轉(zhuǎn)換。中繼器前：物理另層互連育設(shè)備，尼通過(guò)放競(jìng)大和再今生信號(hào)投擴(kuò)大介疤質(zhì)的傳蜜輸距離欠。應(yīng)用友目的是答為了解談決電纜利長(zhǎng)度問(wèn)莫題。集線器故：物理鬼層互連界設(shè)備，惱作為網(wǎng)盤(pán)絡(luò)傳輸勺介質(zhì)的尤中央節(jié)污點(diǎn)，可韻以看成柔是一種磚特殊的杰中繼器奇，除了胞具有信斜號(hào)再生硬功能外習(xí)，有的岸還具有犧在共享仔信道上冶分配帶春寬的功樸能。一殲般不能膽識(shí)別MAC地址，以劍廣播方式要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)珠包。交換機(jī)：泊數(shù)據(jù)鏈路桃層互連設(shè)甘備，是一推種基于MAC地址識(shí)別賞，完成封熟裝、轉(zhuǎn)發(fā)名數(shù)據(jù)包功趙能的網(wǎng)絡(luò)金設(shè)備。網(wǎng)橋：撲數(shù)據(jù)鏈超路層互鮮連設(shè)備午，用于康連接使脊用相同檔通信協(xié)揭議，但舒?zhèn)鬏斀樵栀|(zhì)可以俱不相同飲的兩個(gè)聚網(wǎng)絡(luò)。路由器坑：網(wǎng)絡(luò)佩層互連受設(shè)備，醉作用是扒連接局籍域網(wǎng)和武廣域網(wǎng)脫，有判社斷網(wǎng)絡(luò)績(jī)地址和形選擇路東徑的功拖能。其俯主要作彎用是為翼經(jīng)由路艇由器的傅報(bào)文尋批找一條扮最佳路員徑，并賀將數(shù)據(jù)甜傳送到廈目的站次點(diǎn)。它嗽不關(guān)心晴各子網(wǎng)礎(chǔ)使用的滿硬件設(shè)池備，但歷要求運(yùn)貨行與網(wǎng)臉絡(luò)層協(xié)尾議相一斃致的軟糊件。網(wǎng)關(guān)：廚應(yīng)用層減互連設(shè)寄備，實(shí)夸現(xiàn)不同書(shū)網(wǎng)絡(luò)協(xié)溉議之間琴的轉(zhuǎn)換地，并具軍有路由造功能，喚將數(shù)據(jù)永重新分擦組后傳敗送。3.傳輸介常質(zhì)架空明線亮、雙絞線乘、同軸電抄纜、光纖泰、無(wú)線（球紅外、微磨波、衛(wèi)星班通信）等足。四、網(wǎng)楚絡(luò)拓?fù)渥娼Y(jié)構(gòu)1.星形拓?fù)涓鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)愈直接連接磚到中心節(jié)沈點(diǎn)。中心節(jié)點(diǎn)種控制整個(gè)猶網(wǎng)絡(luò)的通爆信，任何伙兩個(gè)非中倦心節(jié)點(diǎn)之慮間的通信縣都要通過(guò)抵中心節(jié)點(diǎn)都。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)鉛簡(jiǎn)單，易皇于實(shí)現(xiàn)，恨便于管理核。網(wǎng)絡(luò)的撈中心節(jié)爺點(diǎn)是整獎(jiǎng)個(gè)網(wǎng)絡(luò)習(xí)性能與智可靠性蛾的瓶頸墨，中心躲節(jié)點(diǎn)的晨故障可翁能造成浸整個(gè)網(wǎng)廈絡(luò)的癱旁瘓。2.環(huán)形拓?fù)湎噜徴军c(diǎn)宵通過(guò)點(diǎn)-點(diǎn)鏈路鎖連接成奧閉合環(huán)古路。環(huán)中數(shù)批據(jù)沿一守個(gè)方向繞逐站傳享送。拓?fù)浣Y(jié)慣構(gòu)簡(jiǎn)單她，傳輸愉延時(shí)確數(shù)定。環(huán)中每個(gè)掛站點(diǎn)與相建鄰站點(diǎn)之榨間的通信干線路都會(huì)版成為網(wǎng)絡(luò)喪可靠性的害瓶頸。環(huán)家中任何一菜個(gè)站點(diǎn)或化線路出現(xiàn)趁故障，都荷有可能造魯成網(wǎng)絡(luò)癱顛瘓。為了方盟便站點(diǎn)最的加入迅和撤出令環(huán)，控轉(zhuǎn)制站點(diǎn)宴的數(shù)據(jù)筑傳輸順塵序，保風(fēng)證環(huán)的熔正常工巴作，需殖設(shè)計(jì)復(fù)蝴雜的環(huán)磚維護(hù)協(xié)貞議。3.總線形銅拓?fù)渌泄?jié)點(diǎn)沿連接到一梯條作為公耕共傳輸介鏈質(zhì)的總線劉，以廣播村方式發(fā)送肥和接收數(shù)暮據(jù)。當(dāng)一個(gè)病節(jié)點(diǎn)利頭用總線竿發(fā)送數(shù)項(xiàng)據(jù)時(shí)，門(mén)其他節(jié)俱點(diǎn)只能譽(yù)接收數(shù)惑據(jù)。若有兩計(jì)個(gè)或兩音個(gè)以上獸的節(jié)點(diǎn)河同時(shí)發(fā)慨送數(shù)據(jù)矮時(shí)，就圍可能會(huì)錄出現(xiàn)沖劈燕突，造香成傳輸肯失敗。優(yōu)點(diǎn)是規(guī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)鑒單，缺宇點(diǎn)是必皮須解決利多節(jié)點(diǎn)刃訪問(wèn)總銀線的介乳質(zhì)訪問(wèn)叫控制問(wèn)辜題。4.樹(shù)形拓躲撲節(jié)點(diǎn)按層它次進(jìn)行連雕接，數(shù)據(jù)檢交換主要競(jìng)在上、下非節(jié)點(diǎn)之間議進(jìn)行；同耀層節(jié)點(diǎn)之殲間通常不觀進(jìn)行數(shù)據(jù)脊交換，或厲數(shù)據(jù)交換蝕量比較小須。樹(shù)形拓?fù)湄溈梢钥闯赡崾切切瓮貢鐡涞囊环N吸擴(kuò)展。樹(shù)起形拓?fù)渚W(wǎng)竹絡(luò)適用于帖匯集信息祝。5.網(wǎng)形拓竄撲節(jié)點(diǎn)之間吃的連接是把任意的，吐沒(méi)有規(guī)律乳。網(wǎng)形拓失撲的優(yōu)點(diǎn)添是系統(tǒng)可穴靠性高。網(wǎng)形拓?fù)渲藿Y(jié)構(gòu)復(fù)雜望，必須采省用路由選中擇算法、寶流量控制腹與擁塞控貿(mào)制方法。五、介屋質(zhì)訪問(wèn)落控制方圖式1.介質(zhì)訪照問(wèn)控制猾方式分?jǐn)z類(lèi)隨機(jī)的擦：CSMA怠/CD，爭(zhēng)用總納線受控的褲：令牌裕環(huán)、令剖牌總線2.C考SMA半/CD即-載波偵聽(tīng)顧多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（1）原理先聽(tīng)后腐發(fā)；若空閑約即發(fā)送敬，否則亞等一段霸時(shí)間后柿重試；邊講邊部聽(tīng)；若有沖耳突，即認(rèn)發(fā)出阻可塞信號(hào)衡。（2）CSM憂A/C超D所使用的嶼堅(jiān)持退避窮算法0-堅(jiān)持：空閑即發(fā)芝送，否則蠅等待隨機(jī)役時(shí)間重試廚發(fā)送；1-堅(jiān)持：空閑即臟發(fā)送，政否則一冶直等到指空閑即隙發(fā)送，鐘若此時(shí)伶有沖突辮發(fā)生，添則等待秋一個(gè)隨合機(jī)時(shí)間過(guò)重試發(fā)逐送；P-堅(jiān)持：空閑即儉以P概率發(fā)劉送，或毅者以（1-P）的概率奧延遲一個(gè)赤大于最大圓傳輸延遲們的時(shí)間單藏位重復(fù)處夢(mèng)理。如果排忙，繼續(xù)及監(jiān)聽(tīng)，直關(guān)到空閑，含從頭重復(fù)荷。對(duì)比：0-堅(jiān)持缺點(diǎn)會(huì)：即使有狀幾個(gè)站要兆發(fā)送，介樂(lè)質(zhì)也有可牛能空閑；1-堅(jiān)持缺點(diǎn)贏：假如有2個(gè)或2個(gè)以上站湊點(diǎn)要發(fā)送歉數(shù)據(jù)，則膊沖突不可醉避免；P-堅(jiān)持：是獻(xiàn)一種折衷路方案。有N個(gè)站有渡數(shù)據(jù)等禍待發(fā)送揀，在當(dāng)達(dá)前發(fā)送差完成時(shí)睛，則有N×P個(gè)站企冊(cè)圖發(fā)送晌，若N×P>傲1，則沖突物不可避免康。所以設(shè)音計(jì)時(shí)應(yīng)使N×P<魔1。P也不能太系小，否則粘浪費(fèi)帶寬擾。3.令牌方央式是一種有阿控制的發(fā)扣送方式。金令牌按一許定順序在開(kāi)各站點(diǎn)傳音遞，誰(shuí)得蜓到令牌，鑒誰(shuí)才有權(quán)配發(fā)送報(bào)文劣。（1）分類(lèi)令牌環(huán)網(wǎng)支：用于環(huán)遺形網(wǎng)絡(luò)；令牌總豬線：用騙于總線鵝形網(wǎng)絡(luò)枝。各個(gè)綿工作站苦按一定潮順序形明成一個(gè)鳳邏輯環(huán)護(hù)，使用朗令牌控豎制機(jī)制莫，構(gòu)成進(jìn)令牌總寺線。誰(shuí)絕得到令遍牌，誰(shuí)憂才有權(quán)剩發(fā)送報(bào)館文。（2）令牌方吊式與CSMA必/CD方式比縫較由于能凱估算出騾信息傳仗輸?shù)难勇?lián)遲時(shí)間妥，令牌奴方式比逝較適合悟在實(shí)時(shí)詢(xún)系統(tǒng)中搬使用，衛(wèi)而CSM反A/矮CD方式的但信息傳最輸時(shí)間鐮是不確寬定的；令牌方瓶式對(duì)輕刃重負(fù)載笑不敏感騙，但單育環(huán)路可嗽靠性比貿(mào)較低，襖因?yàn)槿粜腥魏我粡攸c(diǎn)出現(xiàn)假故障，撒將使整縱個(gè)環(huán)路竭通信癱哄瘓；對(duì)于CSM婆A/C嗎D訪問(wèn)控咳制，為拿了使最征遠(yuǎn)距離怨的站點(diǎn)寄也能檢脂測(cè)到?jīng)_存突，需徹要在實(shí)霞際的信做息長(zhǎng)度夸后添加精填充位敞，以滿沸足最低勞信息長(zhǎng)嘗度的要紡