《數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù) 》 課件 第4章 數(shù)據(jù)通信與互聯(lián)技術(shù)

通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)異步串行傳輸與現(xiàn)場(chǎng)總線互聯(lián)網(wǎng)的基本原理以太網(wǎng)技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信與互聯(lián)技術(shù)

第1節(jié)

通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

通信系統(tǒng)的任務(wù)是傳遞信息，因而信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)最主要的質(zhì)量指標(biāo)。一、有效性指標(biāo)二、可靠性指標(biāo)有效性指標(biāo)

數(shù)據(jù)傳輸速率

比特是數(shù)據(jù)信號(hào)的最小單位。

通信系統(tǒng)每秒傳輸數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)定義為比特率，記作bps。1、比特率波特是指信號(hào)大小方向變化的一個(gè)波形；把每秒傳輸信號(hào)的個(gè)數(shù)定義為波特率。單位:波特（baud）。2、波特率區(qū)別？有效性指標(biāo)

協(xié)議效率是指所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)位與整個(gè)數(shù)據(jù)包長度的比值。通常用百分比表示。3、協(xié)議效率

協(xié)議效率越高，其通信的有效性越好。通信參考模型的每個(gè)分層，都會(huì)有相應(yīng)的層管理和協(xié)議控制的加碼。從提高協(xié)議效率的角度來看，減少層次可以提高編碼效率?？煽啃灾笜?biāo)

誤碼率是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)，是二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，數(shù)值上近似：N

——傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)；Ne——為傳輸錯(cuò)的碼元數(shù)可靠性指標(biāo)

理解誤碼率應(yīng)注意以下問題：1、誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)；2、對(duì)于一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)的說誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際情況提出誤碼率要求；

3、實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸中，往往需要進(jìn)行大量的、重復(fù)的測(cè)試，才能求出平均誤碼率。據(jù)測(cè)試，電話線傳輸速率為300－2400bps時(shí)，平均誤碼率為10－4－10－6，而計(jì)算機(jī)通信的平均誤碼率要求低于10－8，因此，不采用差錯(cuò)控制，就不能滿足計(jì)算機(jī)通信的要求。第2節(jié)

數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)信道的頻率特性

不同的傳輸介質(zhì)具有不同的帶寬

電話線為例基帶傳輸

基帶傳輸就是在基本不改變數(shù)據(jù)信號(hào)頻率的情況下，在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)基帶信號(hào)，即按數(shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸，不采用任何調(diào)制措施。

目前，大部分計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)都是采用基帶傳輸。特點(diǎn)：信號(hào)按數(shù)據(jù)位流的基本形式傳輸，整個(gè)系統(tǒng)不用調(diào)制解調(diào)器。

基帶信號(hào)包含很寬頻率范圍，不適合遠(yuǎn)距離傳輸。基帶傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼定義：用高低電平的矩形脈沖信號(hào)來表示數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)。數(shù)字編碼的種類有：單極性碼、雙極性碼、歸零碼、非歸零碼、差分碼、Manchester編碼等。工業(yè)通信中常用的是非歸零碼和Manchester編碼。基帶傳輸非歸零碼：通過高低電平表示邏輯1和0，在整個(gè)碼元期間都維持有效電平的編碼。優(yōu)點(diǎn)：能夠比較有效地利用信道的帶寬，這是最常用的編碼之一。缺點(diǎn)：存在直流分量，不具備自同步機(jī)制，必須使用外同步。曼徹斯特編碼：在每個(gè)碼元的中間都要發(fā)生跳變。接收端可將此變化提取出來作為同步信號(hào)，使接收端的時(shí)鐘與發(fā)送設(shè)備的時(shí)鐘保持一致。是工業(yè)數(shù)據(jù)通信中最常用的一種基帶信號(hào)編碼優(yōu)點(diǎn)：不需要外同步信號(hào)，不存在直流分量。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）?；鶐鬏?1001100011

時(shí)鐘NRZManchester載波傳輸載波傳輸是先用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ健；驹恚?/p>

載波S(t)=Acos(

t+

)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、相位

用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的三個(gè)參量進(jìn)行調(diào)制。常用技術(shù)幅移鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)，調(diào)幅頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)，調(diào)頻相移鍵控PSK(PhaseShiftKeying)，調(diào)相載波傳輸?shù)?節(jié)

異步串行傳輸與現(xiàn)場(chǎng)總線RS－232接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232-C由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定，第3版。經(jīng)1987年1月修改后，定名為RS-232-D。適合于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通訊場(chǎng)合。1、機(jī)械指標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)D型25針插頭或9針插頭

RS－232接口標(biāo)準(zhǔn)2、電氣特性RS-232-C采用負(fù)邏輯。數(shù)據(jù)信號(hào)邏輯“1”：-3v～-15V（一般用-12V）數(shù)據(jù)信號(hào)邏輯“0”：+3v～+15V（一般用+12V）

3、通信距離RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)2500pF的電容負(fù)載（包括傳輸介質(zhì)和接收器輸入電容），通信距離將受此電容限制，例如，普通的非屏蔽多芯電纜，每米電容值為131～164pF，因此，通信距離為2500/164≈15m；RS－232接口標(biāo)準(zhǔn)4、信號(hào)線定義

5、常用芯片MAX232，MAX202、MAX3232等RS－232接口標(biāo)準(zhǔn)6、連接

RS－485接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對(duì)雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。RS－485接口標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-2～-6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。當(dāng)接在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。§2RS－485的網(wǎng)絡(luò)連接

§2.1網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械電氣接口§2.2網(wǎng)絡(luò)連接

§2.3接地問題§2.1網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械電氣接口

RS—485本身只是物理層的接口規(guī)范，它只是規(guī)定了物理接口的機(jī)械、電氣特性等，并沒有對(duì)通信中的鏈路連接、網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)問題做出相關(guān)規(guī)定。因而，（1）自定義通信協(xié)議；（2）與其他規(guī)范中的高層通信協(xié)議結(jié)合使用；（3）作為某些工業(yè)數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)的組成部分，如PROFIBUS、BACnet?！?.1網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械電氣接口

在485網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)接點(diǎn)都具有發(fā)送和接收的能力。但同一時(shí)刻只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線上發(fā)送報(bào)文。每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該能夠識(shí)別出發(fā)送給它的報(bào)文，能對(duì)它應(yīng)該接收的報(bào)文作出響應(yīng)，并忽略其他報(bào)文。一般采用主從方式進(jìn)行通信?！?.2網(wǎng)絡(luò)連接

一、使用屏蔽雙絞線；二、RS-485總線網(wǎng)絡(luò)一般要使用終端電阻進(jìn)行匹配；§2.2網(wǎng)絡(luò)連接

三、RS-485最佳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是菊花鏈形，不要形成很長的支干。（d）、（e）和（f）是好的連接方式。§2.3接地問題

RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。輸入端的共模電壓

VCM=VOS+VGPD

?！?.3接地問題

EIA-485規(guī)范建議，在每個(gè)接點(diǎn)的信號(hào)地與接地線之間串接一個(gè)100Ω／0.5W的電阻。通過這個(gè)電阻來限制接地線中的電流，以保護(hù)元器件不至于出現(xiàn)過電流。§3RS－485的主從式通信管理

§3.1主從協(xié)議§3.2通用串行協(xié)議§3.3Modbus協(xié)議

§3.1主從協(xié)議

網(wǎng)段的一個(gè)節(jié)點(diǎn)被指定為主節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)依次逐一輪詢，形成嚴(yán)格的周期性報(bào)文傳輸。任一時(shí)刻都只允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送報(bào)文。從節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間不能直接通信。

§3.2通用串行協(xié)議

通用串行協(xié)議示例的要求：采用485接口，一個(gè)網(wǎng)段最多32個(gè)節(jié)點(diǎn)；采用主從訪問技術(shù)，構(gòu)成單主控制網(wǎng)絡(luò)；報(bào)文結(jié)構(gòu)簡單，報(bào)文長度可變；通信速率可根據(jù)情況選擇；

§3.2通用串行協(xié)議

起始標(biāo)志：02H；報(bào)文長度：最大FFH（不包括起始字節(jié)和長度字節(jié)）；地址域：0－4位為從站地址（0－31）；5－7位為報(bào)文類型，如000為標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文，001為廣播報(bào)文；數(shù)據(jù)域包括參數(shù)區(qū)和過程數(shù)據(jù)區(qū)；校驗(yàn)利用校驗(yàn)和，從起始字節(jié)開始異或；起始標(biāo)志1字節(jié)報(bào)文長度1字節(jié)地址域1字節(jié)數(shù)據(jù)域0－255字節(jié)校驗(yàn)1字節(jié)§3.3Modbus協(xié)議

§3.3Modbus協(xié)議

Modbus通信協(xié)議具有兩種幀格式，分別為ASCII或RTU。一、ASCII模式:地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1...數(shù)據(jù)nLRC回車換行1字符2字符2字符2字符n個(gè)字符2字符1字符1字符以冒號(hào)（:）字符（ASCII碼3AH）開始；以回車換行符（ASCII碼0DH，0AH）結(jié)束?！?.3Modbus協(xié)議

1、代碼系統(tǒng)十六進(jìn)制，ASCII字符0...9，A...F2、每個(gè)字節(jié)的定義

1個(gè)起始位7個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無校驗(yàn)則無1個(gè)停止位（有校驗(yàn)時(shí)），2個(gè)Bit（無校驗(yàn)時(shí)）每個(gè)字符以如下方式發(fā)送（從左到右）：最低有效位...最高有效位§3.3Modbus協(xié)議有奇偶校驗(yàn)啟始位1234567奇偶位停止位啟始位1234567停止位停止位無奇偶校驗(yàn)3、錯(cuò)誤檢測(cè)域錯(cuò)誤檢測(cè)域包含兩個(gè)ASCII字符。LRC（縱向冗余檢測(cè)）檢測(cè)了消息域中除開始的冒號(hào)及結(jié)束的回車換行號(hào)外的內(nèi)容?！?.3Modbus協(xié)議

二、RTU模式

使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開始(如下圖的T1-T2-T3-T4所示)。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。起始位

地址功能代碼字節(jié)數(shù)量

數(shù)據(jù)1...數(shù)據(jù)nCRC結(jié)束符

T1-T2-T3-T4

8Bit

8Bit8Bitn個(gè)8Bit16BitT1-T2-T3-T4§3.3Modbus協(xié)議

1、代碼系統(tǒng)8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0...9，A...F

2、每個(gè)字節(jié)的定義

1個(gè)起始位8個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無校驗(yàn)則無1個(gè)停止位（有校驗(yàn)時(shí)），2個(gè)Bit（無校驗(yàn)時(shí)）

§3.3Modbus協(xié)議使用RTU字符幀時(shí)，位的序列是：有奇偶校驗(yàn)啟始位12345678奇偶位停止位啟始位12345678停止位停止位無奇偶校驗(yàn)3、錯(cuò)誤檢測(cè)域

CRC(循環(huán)冗余檢測(cè))?！?.3Modbus協(xié)議

實(shí)例（查詢幀）§3.3Modbus協(xié)議

實(shí)例（回應(yīng)幀）現(xiàn)場(chǎng)總線的概念按照IEC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FieldBus)一詞的定義。

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間，實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信技術(shù)。這是由IEC/TC65負(fù)責(zé)測(cè)量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信部分國際標(biāo)推化工作的SC65/WG6定義的?，F(xiàn)場(chǎng)總線出現(xiàn)前的情況

在過程控制領(lǐng)域中，從20世紀(jì)50年代至今一直都在使用著一種信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，那就是4-20mA的模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生20世紀(jì)70年代，數(shù)字式計(jì)算機(jī)引入到測(cè)控系統(tǒng)中，而此時(shí)的計(jì)算機(jī)提供的是集中式控制處理。技術(shù)基礎(chǔ)20世紀(jì)80年代微處理器在控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，微處理器被嵌人到各種儀器設(shè)備中，形成了分布式控制系統(tǒng)。通信技術(shù)的發(fā)展，促使傳送數(shù)字化信息的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生需求：基于質(zhì)量分析的維護(hù)管理、與安全相關(guān)系統(tǒng)的測(cè)試記錄、環(huán)境監(jiān)視需求的增加，都要求儀表能在當(dāng)?shù)靥幚硇畔?，并在必要時(shí)允許被管理和訪問，這些也使現(xiàn)場(chǎng)儀表與上級(jí)控制系統(tǒng)的通信量大增。

從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護(hù)性、可移植性等方面提出新需求?，F(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生進(jìn)人20世紀(jì)90年代，工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模越來越大，生產(chǎn)的過程也日益強(qiáng)化；因此對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測(cè)與控制的點(diǎn)數(shù)與質(zhì)量要求也越來越高；隨著測(cè)點(diǎn)的增加，所需的控制電纜數(shù)勢(shì)必隨之增漲。因此，尋求現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)字化、智能化，使大量的一般控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)去解決，以減少主機(jī)的負(fù)擔(dān)；同時(shí)通向控制室的電纜數(shù)量也要求減少?，F(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生一、IEC/TC65/SC65C/WG6IEC/TC65是國際電工委員會(huì)第65分技術(shù)委員會(huì)，它成立于1969年。SC65C是IEC/TC65下的分委員會(huì)(SC是SubCommittee的縮寫)，負(fù)責(zé)測(cè)量和控制系統(tǒng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作。WG6是SC65C下的工作組(WG是WorkingGroup的縮寫，WG6是第6工作組)，通過了IEC61158標(biāo)準(zhǔn)。制訂現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)二、IEC/TC17/SC17B

IEC/TCl7是分管電器的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，其下的SC17B是負(fù)責(zé)低壓電器的分委員會(huì)，也制訂了與之有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)。通過了IEC62026，包括：ASI、DeviceNet、SDS和Seriplex。三、ISO

ISO11898CAN1983年現(xiàn)場(chǎng)總線的概念首先在歐洲興起，丹麥的ProcessData公司推出P－Net；1984年IEC就開始制訂現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)，稍后即成立了推廣及試用的組織IFC；1984年德國Siemens公司推出Profibus總線，于1989年成為德國國家標(biāo)準(zhǔn)；1987年法國Alston公司推出FIP總線，于1990年成為法國國家標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化歷程1993年，CAN成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898；1993年IEC61158-2物理層規(guī)范通過表決成為國際標(biāo)準(zhǔn)，但關(guān)鍵的鏈路層因與Profibus有分歧，遭到德國為首的一些國家的抵制而未獲通過。1993年WorldFIP成立。WorldFIP是世界工廠儀表協(xié)議(WorldFactoryInstrumentationProtocol)簡稱。它基于法國的FIP,它也有100多家公司參加,由Honeywell公司牽頭?，F(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化歷程1994年6月，ISP與WorldFIP感到二大陣營旗鼓相當(dāng)，誰也勝不了誰，于是握手言和，合并成為現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(FieldbusFoundation)簡稱FF，它推出的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FoundationFieldbus)也簡稱FF。1994年因FF已成立，IFC解散了?，F(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)FF成立以后，現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)理應(yīng)順利產(chǎn)生，但事實(shí)并非如此。1996年12月30日，對(duì)經(jīng)過改進(jìn)后的鏈路層又進(jìn)行了一次投票表決，但還是因?yàn)榕cProfibus不一致而遭到德國為首的一些歐洲國家的反對(duì)，未通過?，F(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化歷程對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)持支持態(tài)度的法國與美國又根據(jù)ISO/IEC導(dǎo)則的有關(guān)規(guī)定，向IEC中央秘書處提出復(fù)議請(qǐng)求，其理由是反對(duì)票中的奧地利因未涉及任何理由，應(yīng)作為棄權(quán)票處理。1997年4月30日IEC中央秘書處在日內(nèi)瓦召開聯(lián)席會(huì)議專門對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)議問題進(jìn)行了討論，最終決定對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新表決。由于巴西投票在規(guī)定日期內(nèi)己送達(dá)了SC65C秘書處而沒有上報(bào)到IEC中央秘書處，TC65主席(德國)堅(jiān)持巴西一票作為棄權(quán)處理。巴西強(qiáng)烈抗議，在美、日、法、英等的支持下，決定接受巴西的這一票，這樣鏈路層及應(yīng)用層的4個(gè)規(guī)范及服務(wù)定義(IEC61158-3-6)進(jìn)人了報(bào)批階段，如果這次表決成功，就成為國際標(biāo)準(zhǔn)了?，F(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化歷程1998年9月30日經(jīng)過投票表決，結(jié)果被否決了。1998年10月在IEC/TC65于美國休斯敦召開的年會(huì)上，WG6組長以投反對(duì)票中的6個(gè)國家(丹麥、波蘭、斯洛伐克、羅馬尼亞、盧森堡與捷克)所附的意見為非技術(shù)性意見為由，要求IEC在統(tǒng)計(jì)最終投票表決結(jié)果時(shí)，不計(jì)人上述6國的反對(duì)票。最終獲得通過。2000年決定8種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線共同構(gòu)成IEC61158。2003年P(guān)ROFInet、FF應(yīng)用層加入，共10種類型,形成IEC61158第3版?，F(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化歷程IEC61158第3版包括l0種技術(shù)類型：類型1：IEC技術(shù)報(bào)告（FF的H1，美國Fisher-Rosemount公司）；類型2：ControlNet（美國Rockwell公司支持）；類型3：Profibus（德國Siemens公司支持）；類型4：P-Net（丹麥ProcessData公司支持）；類型5：FFHSE（美國Fisher-Rosemount公司支持）；類型6：SwiftNet（美波音公司支持）；類型7：WorldFIP（法國阿爾斯通Alstom公司支持）；類型8：Interbus（德國菲尼克斯Phoenix公司支持）；類型9：FF應(yīng)用層（ApplicationLayer)；類型10：Profinet。標(biāo)準(zhǔn)的類型2004年IEC/TC65起草實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：IEC61784—22005年12月1EC／TC65/SC65C在美國確定了IEC61158新版本(第4版)將以現(xiàn)版本(第3版)為基礎(chǔ)，加入已成為PAS文件的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決方案，成為新的IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。

2007年IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)通過，包括20個(gè)類型。標(biāo)準(zhǔn)的最新發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)的最新發(fā)展說明：

Type1相當(dāng)于FF現(xiàn)場(chǎng)總線；Type2包括ConrtolNet、DeviceNet和EtherNet/IP實(shí)時(shí)以太網(wǎng)；第4節(jié)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基本原理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類因特網(wǎng)（Internet）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類信息交換——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以進(jìn)行信息交互，好像這些用戶的計(jì)算機(jī)都可以彼此直接連通一樣。資源共享——硬件資源（磁盤、打印機(jī)等）、軟件（工具軟件、應(yīng)用程序等），數(shù)據(jù)資源（文件、數(shù)據(jù)庫等）共享。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是指將地理位置不同的多臺(tái)計(jì)算機(jī)或設(shè)備，通過有線或無線的通信鏈路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

按網(wǎng)域跨度劃分局域網(wǎng)（LAN）城域網(wǎng)（MAN）廣域網(wǎng)（WAN）按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分星形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)總線型網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)按管理性質(zhì)劃分公用網(wǎng)專用網(wǎng)按交換方式劃分電路交換網(wǎng)報(bào)文交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類局域網(wǎng)LAN（LocalAreaNetwork，LAN）

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，通信線路不長（不超過幾十千米），覆蓋范圍限于單位內(nèi)部或建筑物內(nèi)，通常由一個(gè)單位自行組網(wǎng)并專用。城域網(wǎng)MAN（MetropolitanAreaNetwork，MAN）規(guī)模比局域網(wǎng)要大一些，通常覆蓋一個(gè)區(qū)域城市，也稱區(qū)域網(wǎng)，運(yùn)行方式與LAN類似。廣域網(wǎng)WAN（WideAreaNetwork，WAN）把多個(gè)局域網(wǎng)或區(qū)域網(wǎng)連接起來，也可把世界各地的局域網(wǎng)連接起來，傳輸裝置和媒介通常由電信部門提供。按網(wǎng)域跨度劃分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類星形網(wǎng)以一臺(tái)中心處理機(jī)為主構(gòu)成；中心處理機(jī)采用分時(shí)方法為入網(wǎng)機(jī)器服務(wù)。環(huán)形網(wǎng)入網(wǎng)機(jī)器通過中繼器接入網(wǎng)絡(luò)；所有中繼器及其物理線路構(gòu)成一個(gè)環(huán)狀的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分星型拓?fù)渚W(wǎng)狀拓?fù)淇偩€型網(wǎng)所有入網(wǎng)機(jī)器共用一條傳輸線路；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般以總線形式居多。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)利用專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信和傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)；主要用于地理范圍大、入網(wǎng)機(jī)器多的環(huán)境。環(huán)型拓?fù)淇偩€型拓?fù)溆?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類公用網(wǎng)

由電信部門組建、管理和控制，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸和轉(zhuǎn)換可供任何部門和個(gè)人使用；常用于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，支持用戶的遠(yuǎn)程通信。專用網(wǎng)由用戶部門組建經(jīng)營，不允許其他用戶和部門使用；常為局域網(wǎng)或者是通過租借電信部門的線路而組建的廣域網(wǎng)；過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)常為專用網(wǎng)。按管理性質(zhì)劃分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類電路交換網(wǎng)

類同電話方式，具有建立鏈路、數(shù)據(jù)傳輸和釋放鏈路三個(gè)階段；通信過程中自始至終占用該鏈路，且不允許其他用戶共享其信道資源。報(bào)文交換網(wǎng)交換機(jī)采用具有“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”能力的計(jì)算機(jī)，用戶數(shù)據(jù)可暫時(shí)保存在交換機(jī)內(nèi)，等待線路空閑時(shí)，再進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)的一次傳輸。按交換方式劃分分組交換網(wǎng)類同報(bào)文交換，但規(guī)定了交換機(jī)處理和傳輸數(shù)據(jù)的長度（分組）；不同用戶的數(shù)據(jù)分組可以交織在網(wǎng)絡(luò)中的物理鏈路上傳輸；大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用分組交換技術(shù)，只是分組長度有所不同。P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報(bào)文報(bào)文報(bào)文ABCD報(bào)文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報(bào)文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)比特流直達(dá)終點(diǎn)報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組分組分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)ABCDABCD因特網(wǎng)（Internet）因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，其前身是美國的ARPANET。網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成?；ヂ?lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(networkofnetworks)。連接在因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。因特網(wǎng)（Internet）從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下兩部分：邊緣部分由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。用戶直接使用，用來通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。核心部分由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。為邊緣部分提供服務(wù)（提供連通性和交換）。因特網(wǎng)的組成因特網(wǎng)（Internet）處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機(jī)，又稱為端系統(tǒng)?！爸鳈C(jī)A和主機(jī)B進(jìn)行通信”，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī)A上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī)B上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。即“主機(jī)A的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī)B上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”?；蚝喎Q為“計(jì)算機(jī)之間通信”因特網(wǎng)的邊緣部分網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式可分為：客戶/服務(wù)器方式（C/S方式）：Client/Server方式對(duì)等方式（P2P方式）：Peer-to-Peer方式因特網(wǎng)（Internet）客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。客戶服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。客戶/服務(wù)器方式因特網(wǎng)（Internet）對(duì)等連接(peer-to-peer，簡寫為P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請(qǐng)求方還是服務(wù)提供方。只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對(duì)等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信。雙方都可以下載對(duì)方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤中的共享文檔。對(duì)等連接方式因特網(wǎng)（Internet）網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信(即傳送或接收各種形式數(shù)據(jù))。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packetswitching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。因特網(wǎng)的核心部分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM應(yīng)用層(applicationlayer)傳輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4傳輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層備注：TCP/IP體系結(jié)構(gòu)有時(shí)也用四層表示方法，即用網(wǎng)絡(luò)接口層代替數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)TCP/IP五層協(xié)議和OSI的七層協(xié)議對(duì)應(yīng)關(guān)系：第5節(jié)

無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)概述

無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（WPAN）無線局域網(wǎng)（WLAN）無線城域網(wǎng)與無線廣域網(wǎng)（WMAN&WWAN）無線網(wǎng)絡(luò)概述WPANWLANWMAN

2.4GHzISM免費(fèi)頻段低功耗、低成本短距離通信(10米)低速傳輸(723Kbps)連接便攜及固定設(shè)備2.4/5.8GHz高傳輸速率（600Mbps）中近距離通信（100-300米）動(dòng)態(tài)速率調(diào)整支持慢速移動(dòng)2－66G頻段較高傳輸速率

802.16-2004最大速率74Mbps802.16e最大下載速率6Mbps遠(yuǎn)距離通信

支持車速移動(dòng)(802.16e)數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)分類無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)在個(gè)人工作地方把屬于個(gè)人使用的電子設(shè)備用無線技術(shù)連接起來自組網(wǎng)絡(luò)，不需要使用接入點(diǎn)AP。WPAN是一個(gè)低功率、小范圍（大約在10m左右）、低速率和低價(jià)格的電纜替代技術(shù)。WPAN的IEEE標(biāo)準(zhǔn)都是由IEEE的802.15工作組制定的，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)包括MAC層和物理層兩層。WPAN都工作在2.4GHz頻段；最早使用的WPAN是藍(lán)牙系統(tǒng)，為適應(yīng)不同用戶的需求，802.15工作組制定了低速WPAN和高速WPAN。無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)藍(lán)牙是1994年愛立信公司推出的藍(lán)牙系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.1。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)率為720kb/s，通信范圍在10米左右。藍(lán)牙使用TDM方式和擴(kuò)頻跳頻FHSS技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。Piconet直譯就是“微微網(wǎng)”，表示這種無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積非常小。每一個(gè)皮可網(wǎng)有一個(gè)主設(shè)備(Master)、最多7個(gè)工作的從設(shè)備(Slave)和最多255個(gè)擱置的設(shè)備（Parked）。一、藍(lán)牙(Bluetooth)無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)低速WPAN主要用于工業(yè)監(jiān)控組網(wǎng)、辦公自動(dòng)化與控制等領(lǐng)域，其速率是2~250kb/s。低速WPAN的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.4。最近新修訂的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.4-2006。低速WPAN中最重要的就是ZigBee。ZigBee技術(shù)主要用于各種電子設(shè)備（固定的、便攜的或移動(dòng)的）之間的無線通信，其主要特點(diǎn)是通信距離短（10~80m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，并且成本低廉。二、低速WPAN無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)功耗非常低。在工作時(shí)，信號(hào)的收發(fā)時(shí)間很短；而在非工作時(shí)，ZigBee結(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，非常省電。對(duì)于某些工作時(shí)間和總時(shí)間之比小于1%的情況，電池的壽命甚至可以超過10年。網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè)ZigBee的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是主設(shè)備，其余則是從設(shè)備。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過64000個(gè)結(jié)點(diǎn)。ZigBee的特點(diǎn)無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。IEEE802.15.4只是定義了ZigBee協(xié)議棧的最低的兩層（物理層和MAC層），而上面的兩層（網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層）則是由ZigBee聯(lián)盟定義的。物理層MAC層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層IEEE802.15.4定義ZigBee聯(lián)盟定義ZigBee協(xié)議棧ZigBee的標(biāo)準(zhǔn)無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)高速WPAN用于在便攜式多媒體裝置之間傳送數(shù)據(jù)，支持11~55Mb/s的數(shù)據(jù)率，標(biāo)準(zhǔn)是802.15.3。IEEE802.15.3a工作組還提出了更高數(shù)據(jù)率的物理層標(biāo)準(zhǔn)的超高速WPAN，使用超寬帶UWB技術(shù)。UWB技術(shù)工作在3.1~10.6GHz微波頻段，有非常高的信道帶寬。超寬帶信號(hào)的帶寬應(yīng)超過信號(hào)中心頻率的25%以上可支持100~400Mb/s的數(shù)據(jù)率，可用于小范圍內(nèi)高速傳送圖像或DVD質(zhì)量的多媒體視頻文件。三、高速WPAN無線局域網(wǎng)絡(luò)

主要討論以IEEE802.11協(xié)議為基礎(chǔ)的無線局域網(wǎng)“WLAN”指的就是符合802.11系列協(xié)議的無線局域網(wǎng)技術(shù)802.11802.11b802.11a802.11g802.11n802.11ac無線局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)IEEE802.11bIEEE802.11aIEEE802.11gIEEE802.11nIEEE802.11ac標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)間1999年9月1999年9月2003年6月2009年9月2012年2月工作頻率范圍2.4－2.4835GHz5.150－5.350GHz5.475－5.725GHz5.725－5.850GHz2.4－2.4835GHz2.4－2.4835GHz5.150－5.850GHz2.4－2.4835GHz5.150－5.850GHz最高速率（Mbps）115454300-6006928實(shí)際吞吐量（Mbps）62424①100以上400以上受干擾機(jī)率高低高低低環(huán)境適應(yīng)性差較好好很好很好兼容性802.11b802.11a802.11b/g802.11a/b/g/n802.11a/b/g/n/ac典型無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)無線局域網(wǎng)絡(luò)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)的最小構(gòu)件是基本服務(wù)集（BasicServiceSet，BSS）。一個(gè)基本服務(wù)集包括一個(gè)基站和若干個(gè)移動(dòng)站，所有的站在本基本服務(wù)集內(nèi)都可以直接通信，但在和本基本服務(wù)集以外的站通信時(shí)都必須通過本基本服務(wù)集的基站。基本服務(wù)集內(nèi)的基站叫做接入點(diǎn)AP（AccessPoint），其作用和網(wǎng)橋相似。一個(gè)基本服務(wù)集BSS所覆蓋的地理范圍叫作基本服務(wù)區(qū)BSA（BasicServiceArea）。基本服務(wù)區(qū)BSA和無線移動(dòng)通信的蜂窩小區(qū)相似，范圍直徑一般不超100米?；痉?wù)集

無線局域網(wǎng)絡(luò)一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點(diǎn)AP連接到一個(gè)分配系統(tǒng)DS（DistributionSystem）后再連接到另一個(gè)基本服務(wù)集，這就構(gòu)成了一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集。分配系統(tǒng)可以使用以太網(wǎng)（這是最常用的）、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路或其他無線網(wǎng)絡(luò)。ESS還可通過叫做門戶(portal)為無線用戶提供到非802.11無線局域網(wǎng)（例如，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。擴(kuò)展服務(wù)集

無線局域網(wǎng)絡(luò)AP1AP2IEEE802.11的基本服務(wù)集和擴(kuò)展服務(wù)集無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)IEEE為無線城域網(wǎng)推出了802.16標(biāo)準(zhǔn)，目前主要包括主要包括802.16a、802.16RevD和802.16e三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；IEEE的802.16工作組是無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂者，在2001年4月成立了世界微波接入互操作性論壇(WiMAX：WorldWideInteroperabilityforMicrowaveAccess)則是802.16技術(shù)的推動(dòng)者。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和變化，無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)已經(jīng)沒有了明顯的界限。無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)一、移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)階段1G2G3G4G業(yè)務(wù)類型模擬通信數(shù)字通信多媒體業(yè)務(wù)寬帶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)模擬調(diào)制；小區(qū)制；硬切換；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃數(shù)字調(diào)制；數(shù)據(jù)壓縮；軟切換；短信息多媒體業(yè)務(wù)；100kbps數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；動(dòng)態(tài)無線資源管理網(wǎng)絡(luò)融合與重用；多媒體終端；10M數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；全I(xiàn)P核心網(wǎng)制式AMPS;TACS;NMTGSM;CDMAIS95TD-SCDMA;CDMA2000;WCDMAIMT-Advanced3GPPLTE3GPP2AIE速率~kbps9.6~14.4kbps1.14~2M~10Mbps~100Mbps第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）1G是模擬蜂窩移動(dòng)通信。多種制式，美洲AMPS和歐洲TACS。我國移動(dòng)通信的時(shí)代來的比較晚，1987年才開始，并以TACS為標(biāo)準(zhǔn)。簡單的使用頻分多址（FDMA）技術(shù)，使得頻率復(fù)用度和系統(tǒng)容量都不高。不能進(jìn)行移動(dòng)通信的長途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)，系統(tǒng)制式混雜，不能國際漫游。1G的缺點(diǎn)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G）2G為數(shù)字通信，雖然仍定位于話音業(yè)務(wù)，開始引入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且手機(jī)可以發(fā)短信、上網(wǎng)。主要分為兩種代表的制式，一種是基于時(shí)分多址（TDMA）的技術(shù)，最具代表性是GSM，另一種則是基于碼分多址（CDMA）。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）3G對(duì)應(yīng)的是國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的IMT-2000(國際移動(dòng)通信2000標(biāo)準(zhǔn))，包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，以及WiMAX四大主流無線接口標(biāo)準(zhǔn)。WCDMA基于GSM發(fā)展而來，主要由歐洲與日本提出。CDMA2000由窄帶CDMA技術(shù)發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù)，由美國高通北