工业通信与网络技术

工业通信与网络技术（2）哈工大网络与电气智能化研究所刘勇2015（春）第二章现场总线网络基础一、现场总线网络概观1.低层现场总线网络PROFIBUS-DP（IEC61158第4版，Type3）单主站网络HART（IEC61158第4版，Type20）网络ControlNet（IEC61158第4版，Type2）网络及其冗余方式FFHl（IEC61158第4版，Type9）网络2.多层现场总线网络PROFInet（IEC61158第4版，Type10）的网络结构图方式LonWorks（GB/Z20177-2006）本地与远程监控网络异构网段集成现场总线网络应用Web服务器的现场总线远程监控网络二、网络分类1.按网络的地理范围分类星际互联网络蓝牙（Bluetooth）PAN配置个域网（PAN）：允许设备围绕着一个人进行通信。也可用RFID（无线射频识别）局域网（LAN）：一种私有网络，一般在一座建筑物内或其附近。无线和有线LANAP，AccessPoint：访问点或接入点。WiFi：IEEE802.11，11Mbps到几百Mbps。VLAN，VirtualLAN：虚拟局城网。城域网（MAN）：规模局限在一座城市的范围内，10-100公里。基于有线电视的城域网adhoc

自组织广域网（WAN）：能跨越很大的地理区域，通常是一个国家、地区或者一个大陆。连接澳大利亚3个分支办事处的WANVPN虚拟专用网络互联网：一组相互连接的网络称为互联网（internet）或互联网络（internetwork）。一般具有通用意义因特网（Internet）：一种全球范围内的特殊网络，将ISP（Internet服务提供商）的网络与各种各样的企业网络、家庭网络及其它网络连接起来。首字母大写由计算机网络中提供资源的终端（称为主机）和申请资源的终端共同组成。资源子网由通信节点和通信链路组成，承担计算机网络中的数据传输、交换、加工和变换等通信处理工作。通信子网2.按网忌络的弦拓扑仔结构史分类※星形※环形※总线形※树形※不规则形※完整性3.按传浆输介男质分汁类※架空明线※双绞线※同轴电缆※光纤※无线（红外/微波/卫星）4.按通留信方当式分葡类（1）点慈对点颗传输据网络每条态物理青线路皱连接委一对凉计算记机。缓假如蚊两台匪计算章机之淘间没禾有直某接的绢线路顾，那汇么它熊们之宁间的双分组帐就要辫通过相中间晒节点后的接赞收、者存储代、转省发，狡直到词目的欣节点踩。由嘱于连跌接多拘台计摩算机粮之间痛的线中路结璃构可仓能是顶复杂考的，糊因此花从源两节点邻到目抗的节唐点可镜能存诱在多岭条路稻由，哲决定振分组鼠从通犁信子点网的变源节者点到马达目金的节白点的龟路由鸣需要厦有路权由选烘择算国法。又称单播（2）广庸播式雅网络观传输所有传连网婚计算摆机共狂享一杜个公予共通刘信信搁道。顽当一棉台计准算机问利用楼共享筝通信礼信道督发送斑报文特分组致时，舍所有锡其它权的计疲算机斤都会皱收听奴到这群个分组组。辽由于摆发送木的分日组中波带有聋目的璃地址改和源旨地址淡，接罢收到叫该分垒组的飞计算衰机将溉检查颜目的说地址劫是否壳与本立节点川地址厌相同张。若需被接仇收的锣报文区分组考的目稀的地症址与扛本节迁点地深址相窄同，崭则接绩收该恩分组插，否似则丢福弃该铸分组戚。可分量出多播或组播5.按网返络的考使用俱目的圈分类共享贪资源谷网：紧使用现者可隙共享咐网络乞中的巨各种结资源线，如另：文扫件、全扫描俱仪、殿打印乱机以摸及各狱种服距务。In秃te寄rn鹅et网是科典型乌的共昂享资泼源网口。数据趣处理篮网：孕用于伸数据浴处理贯的网保络，轰如：起科学耕计算凭网络衬、企奥业经惜营管瞒理用维网络坚等。数据承传输铲网：旬用来烟收集肃、交蓝换、吊传输代数据狂的网细络，惑如：杏情报庭检索尚网络疫等。注：成目前愈网络手使用斯的目亏的都撤不是税单一雪的。6.按服症务方砌式分廊类客户哭机／哭服务弯器网宿络：转客户证机向辽服务惩器发伯出请角求并摆获得权服务底的一演种网尿络形掉式。求多台絮客户龄机可壳以共姨享服鸟务器挂提供剖的各品种资截源。对等闲网：幻玉每台轰计算扰机都朽可以愈与其污它每距台计妈算机裹对话泡，共奋享彼么此的梢信息嘉资源息和硬井件资而源，宅组网滚的计图算机汤一般蛇类型州相同甲。7.按传斗输速搞率划迎分低速拾网络质：<1慰0k岁bp芹s中速留网络肿：10词kb据ps匙—1拿00咬Mb有ps高速卷网络电：10叫0M骂bp景s—耍10谈Gb胀ps8.按交钳换方符式划标分（1）电唉路交碌换网秤：如址电话盗系统岂；（2）报稍文交轨换网津：如扑电报则系统丢；（3）分命组交违换网般：如古因特芬网，AT宽M网（禾交换通的是伐信元负）。9.按适宗用范旦围划鸟分（1）公仆用网患：如智：CH灭IN钓AP搁AC（中露国分镰组交路换网剧）；（2）专繁用网像：如径：微蝇软公闻司内增部网三、牺计算给机网装络硬愿件网络只硬件茧主要岩由可除独立样工作检的计话算机扭、网燥络设列备和邮传输营介质端组成狡。1.计算笑机是计茅算机估网络会的核除心，伐用户则主要馒的网权络资熄源。服务驾器：充向网鸟络用勾户提仰供服协务，响并负欺责对的网络坟资源箱进行贿管理耻。可斥分为盗文件盼服务眨器、蜓通信纵服务置器、互备份蜻服务伴器、更打印猾服务绕器等月。一奋般由论功能樱强大酬的计匪算机辉担任钓，如待：小播型机愧、专争用PC服务腿器、纱高档PC。网络剃工作胖站：绘是一答台供截用户歌使用诉网络姿的本巧地计妨算机蹈，为追用户须服务晌，同唇时被蛋授予烫一定到权限务访问垫服务去器，土或与复其它铸工作体站通积信及乡丰共享召网络球资源哈。2.网络非设备网卡夜：又替称网宵络接抓口适姨配器胃（NI窃C），绪是计排算机笼与传饺输介逗质的锣接口慢，负舌责网雨络上咱数据其包的纪接收棕和发办送。调制她解调门器：摄用来穷实现随通信浆信道瓜上数虫字信鱼号与忆模拟墓信号挨的相咐互转表换。中继挡器：球物理疼层互次连设理备，兵通过平放大疾和再渡生信据号扩启大介杜质的劫传输疑距离凡。应毅用目威的是碗为了茄解决娃电缆览长度斑问题浙。集线难器：尤物理鹿层互叔连设矿备，唇作为宅网络乳传输贤介质访的中旺央节芒点，浴可以番看成只是一扛种特芦殊的浪中继停器，杀除了盘具有东信号杏再生耍功能喷外，谎有的盟还具欲有在倒共享编信道俗上分慈配带期宽的现功能织。一煌般不奴能识锣别MA群C地址棒，以善广播汇方式慨转发苦数据判包。交换旬机：概数据裂链路腾层互宰连设隆备，短是一筐种基案于MA哑C地址朋识别贼，完踏成封隶装、特转发德数据纽奉包功播能的袜网络美设备段。网桥骂：数认据链平路层冤互连管设备愿，用责于连撑接使柴用相趋同通投信协齿议，膨但传溪输介环质可装以不寺相同昨的两嚷个网贸络。路由框器：谦网络窜层互团连设堡备，纲作用合是连出接局装域网幸和广侄域网池，有骗判断淡网络桌地址援和选怪择路尸径的融功能毁。其某主要摩作用川是为浅经由会路由上器的朽报文解寻找溪一条托最佳涝路径咬，并怕将数集据传倾送到竹目的舌站点悦。它迹不关梳心各粥子网密使用日的硬棚件设桶备，阅但要流求运板行与艇网络免层协崖议相绢一致饥的软贯件。网关壶：应词用层聋互连胞设备赏，实泥现不芒同网亚络协滨议之平间的雅转换续，并皆具有屿路由贼功能尼，将源数据涛重新领分组桃后传菜送。3.传输裤介质架空册明线充、双捡绞线救、同晕轴电损缆、蚀光纤律、无挎线（村红外载、微炉波、贷卫星悟通信琴）等呆。四、忌网络丙拓扑制结构1.星形破拓扑各个箩节点汤直接灿连接子到中确心节与点。中心篮节点首控制脏整个布网络要的通艘信，族任何漫两个金非中得心节辣点之街间的慌通信湖都要呆通过蛋中心阻节点挥。拓扑腰结构续简单辰，易咏于实长现，蛛便于吃管理垒。网络宁的中呢心节丝式点是堪整个忌网络朽性能慌与可雅靠性廊的瓶般颈，吩中心令节点埋的故脚障可全能造失成整调个网蹦络的齿瘫痪其。2.环形击拓扑相邻陡站点盖通过最点-点链拾路连搬接成悬闭合铜环路皇。环中蛙数据持沿一浩个方亲向逐厕站传伪送。拓扑寨结构兄简单添，传但输延余时确挖定。环中确每个堡站点推与相蔬邻站两点之疑间的蚊通信余线路兆都会掏成为挪网络恭可靠史性的蓝瓶颈果。环静中任位何一帅个站笛点或汪线路被出现怨故障朋，都统有可未能造叛成网珍络瘫头痪。为了脸方便召站点富的加啦入和付撤出编环，霉控制乏站点观的数脏据传滴输顺并序，班保证远环的许正常挽工作极，需绪设计扫复杂是的环苹维护筹协议悲。3.总线嘉形拓活扑所有用节点肾连接斥到一乱条作渗为公酬共传棒输介糊质的支总线斜，以池广播谎方式询发送拨和接姥收数广据。当一泛个节简点利短用总举线发始送数计据时因，其嗽他节蜓点只晴能接糠收数倘据。若有借两个圈或两杜个以斯上的薄节点井同时蚀发送册数据菠时，吧就可恒能会状出现凶冲突查，造偿成传去输失少败。优点读是结伟构简问单，趴缺点揭是必尝须解攻决多偷节点译访问衬总线虾的介著质访痒问控雨制问手题。4.树形竞拓扑节点骗按层坝次进厅行连唇接，搭数据垦交换触主要验在上游、下建节点寇之间按进行势；同高层节霸点之乱间通波常不忽进行告数据档交换东，或陪数据绪交换急量比怜较小弟。树形这拓扑级可以牙看成服是星今形拓修扑的蓝一种朝扩展冲。树辽形拓柿扑网脸络适泊用于馋汇集附信息版。5.网形拓微扑节点汁之间赔的连骂接是堆任意诱的，旅没有虎规律竟。网市形拓胳扑的葛优点蒸是系虏统可钳靠性侍高。网形铜拓扑浊结构羡复杂匙，必惩须采辽用路锻由选吴择算就法、与流量叮控制控与拥拣塞控亭制方滩法。五、脆介质书访问垄控制俘方式1.介质直访问优控制优方式帜分类随机越的：CS践MA佣/C岛D，争忙用总卖线受控盒的：恶令牌芒环、骗令牌村总线2.勇CS誉MA姐/C映D-载波饱侦听俊多路吩访问/冲突宜检测（1）原犹理先听萝后发搏；若空制闲即角发送伯，否省则等央一段佛时间斩后重慌试；边讲泄边听愿；若有告冲突未，即福发出灵阻塞说信号扁。（2）CS冠MA钉/C锹D所使愤用的界坚持同退避步算法0-坚持究：空闲亏即发站送，并否则扔等待援随机能时间须重试旧发送钩；1-坚持蕉：空闲舌即发词送，诱否则宫一直片等到发空闲撞即发亚送，南若此拴时有嫂冲突桐发生偷，则丘等待嚼一个资随机维时间灰重试机发送哨；P-坚持按：空闲责即以P概率翅发送托，或面者以涉（1-窄P）的在概率跪延迟惠一个满大于孔最大兼传输偿延迟韵的时扎间单混位重反复处还理。当如果惜忙，座继续级监听证，直柿到空融闲，态从头易重复顽。对比增：0-坚持蜘缺点零：即象使有楼几个抢站要庄发送阳，介忍质也织有可讯能空稻闲；1-坚持著缺点扒：假梯如有2个或2个以钞上站投点要套发送黑数据最，则恒冲突拆不可侨避免畏；P-坚持秒：是枕一种煮折衷由方案底。有N个站登有数豆据等叹待发赛送，迅在当帅前发条送完乖成时娘，则会有N×叫P个站逝企图确发送贴，若N×罗P>裹1，则洒冲突现不可慎避免当。所做以设誉计时防应使N×网P<跃1。P也不恨能太斩小，逢否则董浪费扩带宽霜。3.令牌茂方式是一魄种有波控制瓦的发登送方宾式。丙令牌的按一炊定顺枯序在芬各站沉点传希递，揪谁得秃到令精牌，箭谁才啄有权期发送镜报文菌。（1）分颗类令牌副环网所：用龄于环哪形网泽络；令牌余总线贪：用鼠于总蜂线形燃网络指。各涛个工祝作站术按一纹定顺祥序形征成一爸个逻桐辑环慌，使棋用令校牌控勇制机纹制，垃构成落令牌趋总线推。谁绳得到私令牌速，谁粪才有厉权发而送报菠文。（2）令赵牌方浆式与CS车MA柿/C坐D方式洗比较由