现代铁路信号中的通信技术

通信概论授课人：李殿钢授课班级：信号13T课时数：

52学时成绩构成：平时(40%)+期末(60%)一、教材及参考书目教材:《现代铁路信号中的通信技术》主编：李开成中国铁道出版社参考书目：《铁路专用通信》主编：刘金虎中国铁道出版社

《铁路通信技术》主编：王邠中国铁道出版社

第1—2课时1.3通信技术在铁路信号中的应用形式1.4铁路信号系统对通信的要求重点：

铁路信号系统对通信的要求难点铁路信号系统中使用的通信技术第一章绪论1.3通信技术在铁路信号中的应用形式1、通用异步串行通信使用情况：

单个设备内部模块间通信

两个设备之间近距离通信物理接口：RS—422

RS—485

RS—232C数据链路控制：面向字符的数据链路控制协议车载平安计算机RTMTCRJRUDMIBTMRS—485RS—422RS—422RS—422RS—422RS—485RS—422RS—232CRS—485：采用差分信号负逻辑，-2V～-6V表示“0〞，+2V～+6V表示“1〞。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性〞，它定义了接口电路的特性。实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备〔Master〕，其余为从设备〔Salve〕，从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω〔终接电阻〕。RS-232C：定义是“数据终端设备〔DTE〕和数据通讯设备〔DCE〕之间串行二进制数据交换接口技术标准〞。是你的计算机用来与你的modem及其它串行设备交谈或交换数据的接口。RS-232C采用负逻辑规定逻辑电平，-5V—-15V为逻辑“1〞电平，5V—+15V为“0〞电平。1.3通信技术在铁路信号中的应用形式2、现场总线技术使用情况：

单个设备内部多个模块间

多个设备之间近距离总线技术：CAN

ProfiBUS车载平安计算机JRURTMTCRDMIBTMProfiBUSMVBMVB：多功能车辆总线无线传输模块轨道电路信息接收单元应答器传输模块人机界面记录单元CANCAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称，是ISO国际标准化的串行通信协议CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。CAN总线特点：(1)数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他〔一个或多个〕节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134μs通信;(2)多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞;(3)通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可到达1Mbps(通信距离小于40M〕；〔4)CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各个节点平等的现场中使用。PROFIBUSPROFIBUS现场总线是世界上应用最广泛的现场总线技术，主要包括最高波特率可达12M的高速总线PROFIBUS－DP〔H2〕和用于过程控制的本安型低速总线PROFIBUS-PA〔H1〕。PROFIBUS-DP拥何极高的通讯速率，最快可达12Mbit/S。采用线形、星形、环形等多种拓扑结构。可实现光纤双环冗余。PROFIBUS-DP也可以为变送器等过程仪表提供高速的通讯总线。PROFIBUS－PA应用于过程控制领域，可以把测量变送器、阀门、执行机构用串行总线联网。采用IEC61158-2的物理传输技术和PROFIBUS-DP的协议，通讯通率31.25Kbit/S。比较Profibus和CANProfibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。CAN总线其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/kbps,可挂接设备最多可达110个。3、网络通信技术

局域网：调度中心行调台、系统维护台、数据库效劳器、通信效劳器、应用效劳器一定范围内的RBC之间，RBC与操作台和维护台之间临时限速：临时限速效劳器和维护终端车站信号机械室内的微机连锁系统、CTC站机、TCC之间广域网：调度中心、RBC、临时限速管理设备、车站信号室内设备之间1.3通信技术在铁路信号中的应用形式4、车——地通信技术基于应答器的点式地对车单向传输方式基于轨道电路的连续式地对车单向传输方式基于GSM—R的连续式地——车双向传输方式5、平安通信技术1.3通信技术在铁路信号中的应用形式1.4铁路信号系统对通信的要求

实时性要求可靠性要求平安性要求优先级要求小结与作业小结：铁路信号中的通信技术有哪些？铁路信号对通信的要求是什么？作业：P1042.1数据通信与数据通信系统2.2数据通信网的网络拓扑重点：数据通信系统构成及各局部功能难点：数据通信性能指标第3—4课时第二章

数据通信

与网络根底2.1数据通信与数据通信系统1、数据的概念数据，人们几乎每天都要接触到它，例如各种实验数据、各类统计报表等。尽管人们经常处理数据，但对数据还没有统一的定义。通常意义上的“数据〞是指在传输时可用离散的数字信号逐一准确地表示的，并赋予一定的意义，可以代表文字、符号和数码等。1、数据的概念数据就是赋予一定含义的数字、字母、文字等符号及其组合，它是消息的一种表现形式。数据涉及到事物的形式，而信息涉及的是这些数据的内容。数据又分为模拟数据和数字数据。模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数字信号表示和传播.在数据通信中所说的“数据〞，可以认为是预先约定的、具有某种含义的任何一个数字或一个字母〔符号〕以及它们的组合，并能被计算机所接收的形式。因此，数据就是能被计算机处理的一种信息编码〔或消息〕形式。2.1数据通信与数据通信系统2、数据通信的概念简单地说，数据通信通常是以传送数据信息为主的通信。数据通信传递数据的目的不仅是为了交换，而主要是为了利用计算机能够对数据进行处理。定义：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。数据通信包含数据传输和传输前后的处理。2.1数据通信与数据通信系统2、数据通信系统的概念数据通信系统是通过数据电路将分布在远端的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。2.1数据通信与数据通信系统2、数据通信系统的组成数据通信系统由数据终端设备DTE、数据电路终接设备DCE以及传输信道三局部组成DTE：数据终端设备,指计算机、用户电报终端、可视图文终端、局域网设备等输入输出设备,其主要功能是完成数据的采集、存储及处理等功能，并提供人机接口,供操作人员访问通信系统或网络资源。DCE:

数据电路终接设备，是DTE和信道的接口，使信道更有利于信道的传输。如调制解调器Modem。传输信道：根据不同的规那么有不同的分类方法，例如可以分为模拟信道和数字信道、有线信道和无线信道、交换信道和专用信道等。数据电路：由DCE和传输信道构成.可视为广义信道。数据链路：具有通信协议功能的数据，传输更可靠，其误码率一般比数据电路下降10-4左右。1、数据终端设备(DTE) 在数据通信系统中，用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备〔简称DTE〕。DTE可能是大、中、小型计算机、PC机，也可能是一台只接收数据的打印机，所以说DTE属于用户范畴，其种类繁多，功能差异较大。I/O设备提供操作员和终端间界面，将人可以识别的数据变换成计算机可以处理的二进制信息，或反变换；为了有效而可靠地进行通信，通信双方必须按一定的规程进行，如收发双方的同步、过失控制、传输链路的建立、维待和撤除及数据流量控制等，所以必须设置通信控制器(TC)来完成这些功能，对应于软件局部就是通信协议，这也是数据通信与传统通信的主要区别。2、数据电路终接设备(DCE)

用来连接DTE与数据通信网络的设备称为数据电路终接设备(DCE)，可见该设备为用户设备提供入网的连接点。DCE的功能就是完成数据信号的变换。因为传输信道可能是模拟的，也可能是数字的，DTE发出的数据信号不适合信道传输，所以要把数据信号变成适合信道传输的信号；假设信道为模拟的，DCE是将数据信号变为模拟信号再传；假设信道为数字的，DCE那么实现码型与电平的转换，信道特性均衡，收发同步时钟形成，控制接续的建立、保持和拆断，维护测试等。3、数据电路和数据链路数据电路：是在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据电路终接设备〔DCE〕组成。数据链路：包括数据电路及其两端终端中的传输控制器的信号通路。数据链路是在数据电路已建立的根底上，通过发送方和接收方之间交换“握手〞信号，使双方确认前方可开始传输数据的两个或两个以上的终端装置与互连线路的组合体；数据链路包括物理链路和实现链路协议的硬件和软件；只有建立了数据链路之后，双方DTE才可真正有效的进行数据传输；数据链路仅仅操作于相邻的两个节点之间，因此从一个DTE到另一个DTE之间的连接可以操作多段数据链路。4、中央计算机系统(CCS)

中央计算机系统由通信控制器CCP(或称前置处理机)、主机及其外围设备组成,具有处理从数据终端设备输入的数据信息,并将处理结果向相应的数据终端设备输出的功能。CCP通信控制器(或前置处理机)是数据电路和计算机系统的接口,控制与远程数据终端设备连接的全部通信信道,接收远程DTE发来的数据信号,并向远程DTE发送数据信号；中央处理机是由中央处理单元(CPU)、主存储器、输入输出设备以及其他外围设备组成，其主要功能是进行数据处理。3、数据通信分类与指标2.1数据通信与数据通信系统并行传输与串行传输1、并行传输

并行传输是指将数据符号编码后，在两条以上的并行信道上同时传输，一般一次传输一个字符；如：采用8单位代码组成的字符时，可以用8条信道并行传输。特点：〔1〕优点：对于每次只传输一个字符，因此它不需要额外的措施来实现收发双方的字符同步；〔2〕缺点：必须有多条并行信道，本钱比较高，不适宜远距离传输。适用场合： 计算机等设备内部或两个设备之间距离比较近时的外线上采用，如计算机到打印机之间的数据传输。2、串行传输 串行传输是指将数据编码按位或按码元依次在一条信道上传输。特点：〔1〕优点：只需要一条传输信道，花费的本钱低，易于实现〔2〕缺点：是要采取措施实现字符同步。适用场合： 是目前外线上主要采用的一种传输方式，通常用于远距离通信。返回异步传输与同步传输1、异步传输 所谓异步传输是指只要DTE有数据需要发送，就可以在任何时刻向信道发送信号，而接收方通过检测信道上的电平变化与否就能自主判断何时接收数据。异步传输方式一般以字符为单位传输，每个字符的起始时刻可以是任意的。

每次只传送由假设干bit组成的一个字符的代码在每次发送的一个字符代码前面，都要加一个“起始〞信号，“起始〞信号极性规定为“0〞，长度为一个码元该字符代码的后面，都要加一个“停止〞信号，“停止〞信号的极性为“1〞，长度有两种：国际电报2号码的“停止〞信号长度为1.5个码元，国际5号码或其他代码的“停止〞信号长度为1或2个码元特点：〔1〕优点：收发双方的时钟信号不需要精确的同步，实现字符之间同步比较简单〔2〕缺点：对于每个字符都需要参加起始位和终止位，因此信息传输效率低适用场合： 常用于1200比特/s及其以下的低速数据传输2、同步传输

所谓同步传输必须建立准确的同步系统，因此它都是以固定的时钟节拍来发送数据信号的，所以在一个串行数据流中，各信号码元之间的相对位置是固定的，也就是同步。同步系统首先要建立准确的位同步，假设以该方式传输时，数据一般以帧的形式组织，故还必须建立帧同步，假设是频带传输且收端需要相干接受，还需建立载波同步。特点：〔1〕优点：不需要每字节都加同步信息，故传输效率较高〔2〕缺点：必须建立准确的时钟同步，实现起来比较复杂适用场合： 常用于2400bit/s及其以上的高速数据传输返回按数据传输的流向和时间的关系单工传输方式特点：两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。此种方式适用于数据收集系统，如气象数据的收集、费的集中计算等。半双工传输方式特点：两个数据之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行。问讯、检索、科学计算等数据通信系统运用半双工数据传输。全双工传输方式特点：在两个数据站之间，可以两个方向同时进行数据传输。全双工通信效率高，但组成系统的造价高，适用于计算机之间高速数据通信系统。1、有效性：衡量系统传输能力的主要指标 码元传输速率(RB) 又称为波形速率、调制速率、符号速率等。定义：线路中每秒传送波形〔码元〕的数目；单位：波特(Baud)，与数据信号的进制数没有关系，只于码元的宽度(或波形时间长度)T有关系：B=1/T。 数据信息速率(Rb) 又称为比特率、传信率等。定义：单位时间内传输二进制代码有效位数；单位：bit/s或bps与M进制的码元传输速率的关系：性能指标1、有效性：衡量系统传输能力的主要指标例：采用四相调制方式,即M=4,且T=833×10-6秒,那么可求出数据传输速率为: Rb=1/T·log2M=1/(833×10-6)·log24=2400

(bps) 而调制速率为： RB=1/T=1/(833×10-6)=1200

(Baud) 通过上例可见,虽然数据传输速率和调制速率都是描述通信速度的指标,但它们是完全不同的两个概念。性能指标频带利用率 频带利用率是指单位频带内实现的传输速率，单位为Baud/Hz，或者bit/s.Hz，这主要取决于用哪种速率来计算。〔单位为Baud/Hz〕

〔单位为bit/s.Hz〕 其中，B为系统带宽，单位为Hz。返回2、可靠性：衡量系统传输质量的主要指标 误码率(Pe) 定义：过失码元所占总数的比例(平均值)；指标：对于同一条数据电路由于测量的时间长短不同，误码率就不一样。在日常维护中，ITU-T规定测试时间。数据传输误码率一般都低于10-6。 误信率(Pb)定义：过失的比特数占总数的比例(平均值)；性能指标例：某数据通信系统调制速率为1200Bd，采用8电平传输，假设100秒误了1个比特，求误信率。设系统的带宽为600Hz，求频带利用率为多少bit/〔s.Hz〕。解：由于各个码元出现的概率相同，那么信息速率Rb=RBlog2M=1200×log28=3600bit/s 误比特率Pb＝接收出现过失的比特数军/总的发送比特数＝(1/100)/3600=2.8×10－6 频带利用率r=Rb/B=3600/600＝6bit/(s.Hz)

返回4、数据通信的特点〔1〕计算机终端等机器作为主体直接参与通信〔2〕传输速率高，要求通信终端的响应速度快〔3〕DTE发出的数据是离散信号〔数字信号〕，既可利用现有的PSTN，又可利用数据网络来完成。〔4〕具有过失控制能力〔5〕具有灵活的接口能力〔6〕每次呼叫平均时间短，要求接续和传输响应时间快〔7〕抗干扰能力强〔8〕容易加密，且加密技术、加密手段优于传统通信方式5、数据通信网功能和分类数据通信网定义：分布在各处的数据终端、数据传输设备、数字交换设备和数字通信信道构成的系统。功能：数据传输提供资源共享提供系统的可靠性2.1数据通信与数据通信系统分类：区域范围：局域网和广域网拓扑结构：环型、星型、总线型、混合型网络体系结构：TCP/IPISO/OSIDCEnetIPXX.25等2.1数据通信与数据通信系统二、数据通信系统分类 根据传输线路是否直接与中央计算机系统相连接,数据通信系统可分为脱机系统和联机系统。由于脱机系统的自动化程度低、等待时间长、工作效率低等原因,故它只是数据通信开展初期用于非实时处理的一种系统,以后的数据通信系统几乎都是联机系统。 数据通信系统根据处理形式的不同,可以分为联机实时系统、远程批量处理系统和分时处理系统三类。

联机实时系统：指从终端输入的数据,在中央计算机上立即进行处理,并将处理结果直接送回终端设备的处理形式。它适用于要求能够迅速地处理随机发生的大量数据的场合。如订票系统。

远程批量处理系统：远程批量处理系统是从远程终端向中央计算机投入作业,获得处理结果。为了提高效率,批量处理的作业可通过批量作业站送到中央计算机。

分时处理系统：将中央计算机的时间划分成很短的时间片,远程终端按时间片轮流使用中央计算机的处理形式。

2.2

数据通信网络拓扑结构数据通信网与计算机网的关系：计算机网属于面向应用的网络；数据通信网属于面向通信的网络；数据通信网是为面向应用的网络提供通信资源的根底设施；计算机网络正是建立在数据通信网络根底上的应用型网络。数据通信实例下面为通过网来实现计算机联网的一个数据通信实例：ModemModem正文正文数字比特流模拟信号ATLATLA/DD/A下面是一个多用户计算机系统的远程联机数据通信：课后习题1、什么是数据通信？什么是数字通信？如何区分它们？2、数据通信系统由哪几局部组成，画出其模型图。3、在1200bit/s的线上，经测试，在两个小时内共有54bit误码信息，问系统误信率是多少？4、在串行传输中，数据波形的时间长度T＝833×10-6s。试求当采用二进制和十六进制时，数据信号的码元速率和信息速率各为多少？5、什么是数据电路？什么是数据链路？2.3

传输介质传输介质是通信中实际传送信息的载体。计算机网络中采用的物理传输可分为有线和无线两大类。双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种有线媒体。卫星、无线电通信、红外通信、激光通信以及微波通信传送信息的载体都是属于无线媒体。1、双绞线 定义：将一对绝缘线纽绞在一起，任意拧成螺旋形就构成了双绞线。构造：双绞线线对绞合越紧密和均匀，双绞线的质量越好。特性：双绞线的优点是价格廉价、使用方便、安装容易。因此常作为用户与本地中心站及中心站与中心站间的连线。分类：双绞线根据有无屏蔽层可以分为：非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。2、同轴电缆 定义：同轴电缆是对地不对称的同轴管构成的一种通信回路。构造：其内导体是一铜质芯线，外面包有绝缘层和网状编织物的外导体屏蔽层，最外面是塑料保护外层。特性：寿命长、通信容量大、质量稳定、外界干扰小、可靠性高和维护便利等优点。在有限通信中占有很大比重。在局域网中应用非常广泛。分类：按其阻抗特性来分主要有三大类，即50Ω、75Ω、93Ω。3、光纤 定义：光纤又称光导纤维，通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝状，是一根很细很细的、能传导光束的介质。构造：和同轴电缆相似，但没有网状屏蔽层。中心是玻璃纤芯，芯外面包围着一层玻璃封套，又叫包层，再外面是一层薄的塑料外壳，用来保护玻璃封套。 分类：目前广泛应用的光纤分为两大类，单模光纤和多模光纤。 单模：细芯，要有激光源；端难接；色散小，效率高；价格昂贵；适于长距离与高速场合。

多模：粗芯；端接容易；色散大，效率低；价格较廉价；用于短距离与低速场合。

光纤的物理原理：塑料制成的外壳可以吸收光线，防止串音，保护外层外表；透明玻璃制成的纤芯和包层可使光线沿着纤芯传播，并在它们之间的接触面上进行光的反射；纤芯的折射率要高于包层，以保证光线在纤芯中传输时比在包层中慢，这样就使从纤芯向包层传送的光波能被反射回纤芯，并沿光纤传播。 光纤的传输原理：利用光导纤维传递光脉冲来完成通信。光源被放置在发送端，如采用发光二极管或半导体激光器，并使之在电脉冲的作用下产生光脉冲，有光脉冲相当于“1〞，无光脉冲相当于“0〞，在接收端利用光电二极管制成光检测器，在检测到光脉冲时便可复原出电脉冲。返回无线信道1．数字微波中继信道〔1〕数字微波中继信道组成 数字微波中继信道是指工作频率在0.3～300GHz、电波根本上沿视线传播、传输距离依靠接力方式延伸的数字信道。数字微波中继信道由两个终端站和假设干个中继站组成，如以下图所示。图1-21数字微波中继信道组成〔2〕数字微波中继信道的特点 数字微波中继信道与其他信道比较，具有以下特点。 ①微波频带较宽，是长波、中波、短波、超短波等几个频段带宽总和的1000倍。 ②微波在视距内沿直线传播，在传播路径上不能有障碍物遮挡。③微波中继信道比较容易通过有线信道难以通过的地区，如湖泊、高山和河流等地区。④与光纤等有线信道相比，微波中继信道的保密性较差。⑤微波信号不受天电干扰、工业干扰及太阳黑子变化的影响，但是受大气效应和地面效应的影响。无线信道2．数字卫星传输信道〔1〕数字卫星信道的组成 数字卫星信道由两个地球站和卫星转发器组成，地球站相当于数字微波中继信道中的终端站，卫星转发器相当于数字微波中继信道的中继站。〔2〕数字卫星信道的特点数字卫星信道与其他信道相比，具有如下特点。 ①覆盖面积大，通信距离远，且通信距离与本钱无关。 ②频带宽，传输容量大，适用于多种业务传输。 ③信道特性比较稳定。④

信号传播时延大，由于卫星距离地面较远，所以微波从一个地球站到另一地球站的传播时间较长，约270ms。⑤

受周期性的多卜勒效应的影响，造成数字信号的抖动和飘移。⑥

数字卫星信道属于无线信道，当传输保密信息时，需采取加密措施。

电路交换电路交换的工作原理1．背景2．工作原理 采用电路交换方式的交换网能为任一个入网的数据流提供一条临时的专用物理通路。它是由通路上各节点内部在空间上〔布线连接，即空间交换〕或在时间上〔时隙互换〕完成信道转接而构成的，为源DTE和宿DTE之间建立起的一条直通线路。〔1〕线路建立阶段 在传输任何数据之前，都必须建立端到端〔或站到站〕的线路。〔2〕数据传送阶段 A站与B站的一对通信实体在链路传输规程的控制下，完成链路的连接，随之进行单工、半双工和全双工数据传输。〔3〕线路撤除阶段 数据传输完后，由任一站主动向交换网发出“拆线请求〞信令，该信令沿着通路各节点传送，使这些节点撤除各段链路，以释放信道资源。这个拆线过程只是交换网的内部过程，一般与通信双方的站设备无关。电路交换的特点及其应用1．电路交换的特点〔1〕优点 信息传输延迟时间小〔对于一次连接来说，传输延迟是固定不变的〕。 交换机对用户的数据信息不进行存储、分析和处理，交换机在处理方面的开销小，对用户的数据信息不需要附加许多用于控制的信息，传输效率高。 信息的编码方法和信息格式不受限制，即可在用户间提供“透明〞的传输。〔2〕缺点 电路接续时间较长，短报文通信效率低。 电路资源被通信双方占用，电路利用率低。 通信双方在信息传输速率、编码格式、同步方式、通信规程等方面应完全兼容，这就限制了各种不同速率、不同代码格式、不同通信规程的用户终端之间互通。 有呼损。 传输质量较多地依赖于线路的性能，因而过失率较高。2．电路交换的应用3．电路交换方式的改进2.4.2

报文交换报文交换的工作原理 由于电路交换的资源利用率低，不同类型的用户间不能直接互通，灵活性差，所以，又开展了报文交换，也称为信息交换方式〔或文电交换方式〕。 报文交换的根本思想就是“存储—转发〞。假定用户甲有报文A，B和C要发往乙用户时，甲用户不需要先接通乙用户之间的电路，而是先与连接甲的一中间节点接通，将报文A，B和C先存储下来；然后，分析报文提供的乙地址信息，根据地址信息接通下一个中间节点后，将报文A，B和C转发出去；如此进行下去直到将数据报文A，B和C发往乙用户。报文交换的优缺点1．优点 报文交换的主要特征是交换机存储整个报文，并进行必要的处理。因此，报文交换的主要优点如下。

报文以存储/转发方式通过交换机，输入输出电路的速率、代码格式可以不同，很容易实现各种不同类型用户间的相互通信。

报文交换中没有电路接续过程，来自不同用户的报文可以在同一线路上以报文为单位实现时分多路复用，线路的利用率大大提高。

用户不需要叫通对方就可以发送报文，没有呼损，并可以节省通信终端操作人员的时间。同一报文可由交换机转发到许多不同的收信地点。2．缺点 报文交换有以下主要缺点。 报文通过交换机的时延大，且时延抖动也大，不利于实时通信。 交换机要有能力存储转发用户发送的报文，其中有的报文可能很长，这就要求交换机要有高速处理能力和大的存储空间。因此，报文交换机的设备比较庞大，费用高。

报文交换不适于实时交换数据的场合。 报文交换的上述优缺点使其主要适用于公众电报和电子信箱业务。

分组交换分组交换概述1．分组交换产生的背景 虽然分组交换目前广泛地应用于计算机通信，但有趣的是，这个技术起源是一个话音通信系统的研制方案。2．分组交换的概念 CCITT曾给分组交换的含义作了如下的表达： “在网络中进行交换的是这样一个组合实体——一组包含着数据和呼叫控制信息〔如地址〕的二进制数，这些数据、呼叫控制信息以及可能附加的过失控制信息都按规定的格式排列。〞 分组交换是计算机技术和通信技术相结合的产物，按照分组交换方式，每个数据报文被分割成分组〔数据块〕，然后，附上控制信息被打包成一个个数据包〔Packet〕。分组交换原理1．分组长度 数据以短的分组传输，一般分组长度上限为几十到一千字节。实际所用的长度还受许多因素的限制。2．分组交换发送数据信息的过程分组交换的优缺点 分组交换主要以报文分组为传输单位，以存储/转发方式进行数据交换和传输。1．主要优点

向用户提供不同速率、不同代码、不同同步方式以及不同通信控制协议的数据终端间能够相互通信的灵活的通信环境。

在网络负荷较轻的情况下，信息传输时延较小，而且变化范围不大，能够较好地满足会话型通信的实时性要求。实现线路的动态时分复用，通信线路〔包括中继线和用户线〕的利用率高。在一条物理线路上可以同时提供多条信息通路。可靠高。每个分组在网络中传输时可以在中继线和用户线上分段独立地进行过失校验，使信息在分组交换网中传输的误码率大大降低，一般可达10−9以下。由于“报文分组〞在分组交换网中的传输路由是可变的，当网中的线路或设备发生故障时，“分组〞可以自动地选择一条新的路由避开故障点，使通信不会中断。经济性好。信息以“分组〞为单位在交换机中存储和处理，不要求交换机具有很大的存储容量〔通常分组交换机只设内存，没有硬盘〕，降低了网内设备的费用。对线路的统计复用也大大降低了用户的通信费用。分组交换网通过网络和管理中心〔NMC〕对网内设备实行比较集中的控制和维护，节省管理费用。能与公用网、用户电报网和低速数据网及其他专用网互连。2．主要缺点 由网络附加的传输信息多，对长报文通信的传输效率比较低。当把一份报文划分为许多分组在交换网内传输时，为了保证这些分组能够按照正确的路径平安准确地到达终点，就要给每个数据分组加上控制信息〔分组头〕。除此之外，还要设计许多不包含数据信息的控制分组，用以实现数据通路的建立、保持和撤除，并进行过失控制和流量控制等。因此，分组交换的传输效率不如电路交换和报文交换高。 技术实现复杂。分组交换机要对各种类型的“分组〞进行分析处理，为“分组〞在网中的传输提供路由，并且在必要时自动进行路由调整；交换机还要为用户提供速率、代码和规程的变换，为网络的管理和维护提供必要的报告信息等。这些都要求分组交换机要有很高的处理能力，因而，相应的实现技术也就更为复杂。数据报方式的分组交换1．数据报的工作原理 数据报非常类似于报文交换，交换网把对进网的任一分组都当作单独的“小报文〞来处理，而不管它是属于哪个报文的分组，就像在报文交换方式中把一份报文进行单独处理一样，现用图来说明。图数据报方式的分组交换2．数据报方式的特点 用户之间的通信不需要经历呼叫建立和呼叫去除阶段，对于短报文通信传输效率较高。 数据分组传输的时延较大。 对网络拥塞或故障的适应能力较强。如在网络的一局部形成拥塞或某个节点出现故障，数据报可以绕开那个拥塞的局部和某个故障节点另找路由。 现今的Internet网络就是以数据报方式进行传输数据信息的。虚电路方式的分组交换1．根本概念〔1〕虚电路 虚电路〔VirtualCircuit〕是以分组的统计多路复用为根底的，采用虚电路效劳可以有效地利用线路资源。所谓虚电路就是网络内一对数据终端〔DTE〕之间的逻辑连接，允许数据同时双向传输，而且通过逻辑连接的全部数据传输均采用分组形式。〔2〕逻辑信道 为了区分一条线路上不同终端的分组，对分组进行编号，即每个分组的分组头上的一个逻辑信道号〔LCN〕，用来标识该分组应在哪一条虚电路上传输。〔3〕虚呼叫 它是一个临时的或交换的虚电路，它必须在进行信息传送之前通过交换分组来建立。2．虚电路的建立 根据分组交换方式的虚电路和分组复用的概念，即在一条物理的线路上能够传输多对用户终端之间的数据，而虚电路的实现借用了逻辑信道标识。3．虚电路的特点 在数据传送之前建立站与站之间的一条路径，但并不像电路交换有一条专用的线路。4．虚电路实现方法 目前，虚电路有两种方法实现：交换虚电路〔SVC〕和永久虚电路〔PVC〕。〔1〕SVC 在交换虚电路〔SVC〕方法中，每条虚电路在需要的时候被创立，而且仅仅在此次通信交换的过程中存在。〔2〕PVC 永久虚电路〔PVC〕类似于租用线路，在这种方法中，两个用户之间存在一条专门的虚电路，此虚电路是专门提供给特定用户的。分组交换网的应用 分组交换网主要应用在以下几个方面。 ①分组交换在商业中的应用。 ②组建虚拟专用网〔VPN〕。 ③进行实时业务处理。④数据库查询，开展信息效劳。⑤分组交换网络接入其他数据通信网。⑥分组交换还可以实现电子数据交换〔EDI〕、可视图文、存储系统、等增值业务。⑦与其他分组交换网实现互联。几种交换方式的比较 为了更为全面地理解各种交换方式的特点，可以从不同角度的多个侧面去观察和分析比较它们各自的特性，采用列表形式一目了然。数据交换中的连接和无连接面向连接效劳和面向无连接效劳 在计算机协议体系结构中，协议中的层与层之间是完全独立而且是单向依赖的，即相邻层之间通过接口使用效劳原语建立通信；下层是上层的效劳提供者，通过使用原语操作提供效劳，上层是效劳调用者。1．面向连接效劳 面向连接效劳实际上是对系统效劳模式的一种抽象。对于远距离的数据交换，从协议的角度看，两个实体之间要建立逻辑上的联系，或者说是连接。 面向连接的主要特点就是收发数据不但顺序一致，而且内容也相同。2．面向无连接效劳 面向无连接效劳实际上是对邮政系统效劳的一种抽象。在面向无连接的数据传输过程中，其中每个分组头携带完整的信宿地址，各数据在系统中独立传送。面向连接的方式1．物理连接 它是一种实际的物理连线。2．虚电路连接 虚电路连接主要是通过一组表格〔路由表〕、队列缓冲区和相应软件实现的，但必须建立在硬件根底上。3．纯软件实现的虚拟连接 从协议的角度，这种连接就是一种层次交换，它是虚拟的、形式上的连接，纯粹由相应的协议软件实现的，跟下层无任何关系。2.5数据通信网的网络体系结构1、计算机网络组成 计算机网通常分为资源子网和通信子网两局部如以下图所示资源子网由计算机系统、终端、各种外围设备以及各种信息资源库等组成，其作用是处理网内各种数据并向用户提供网络效劳。通信子网由通信控制处理机、通信线路等组成，主要完成网络数据的传输与交换等通信处理功能。1、面向终端的计算机网络TMMTPSTNCPU通信控制器TPSTN：PublicSwitchedTelephoneNetworkModem(调制解调器)：数模转换设备串行接口〔1〕通信控制器的功能 多个终端同时要求与主机通信时的争用问题 串行信号与并行信号的转换 控制Modem 过失检测与控制〔2〕特点 单机系统 速率慢 主机系统负荷过重 线路利用率低2、两级结构的计算机网络IMPIMPIMPIMPIMP通信子网HHHHHHHHHHHHH逻辑上形成了由资源与通信子网组成的两级网络结构56.6kbps〔1〕通信子网 由56kbps的通信线路把分散在不同地点的通信处理机(IMP)连接起来构成的。 传输线+转发部件 负责全网的数据通信工作。〔2〕资源子网

由主机系统的软硬件、数据库等各种资源组成。 承接各种数据收集、查询及处理业务。〔3〕优点 提高通信线路的利用率 充分发挥主机系统的效率 减少传输线数目 便于扩展网络LAN与WAN的结合3、互联网络LANLANLANLAN的扩展WANWANWAN的扩展WANLANLANLANLAN返回三、OSI网络协议体系结构应用层传输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321书本-P19ISO/OSI参考模型及网络协议对于一个计算机通信网络来说，接到网络上的设备是各种各样的，这就需要建立一系列有关信息传递的控制、管理和转换的手段和方法，并要遵守彼此公认的一些规那么，这就是网络协议的概念。这些协议在功能上应该是有层次的。为了便于实现网络的标准化，国际标准化组织ISO提出了开放系统互连(OpenSystemInterconnection,OSI)参考模型，简称ISO/OSI模型。ISO/OSI参考模型及网络协议ISO/OSI参考模型及网络协议ISO/OSI模型将各种协议分为七层，自下而上依次为：物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如上图所示。各层协议的主要作用如下：(1)物理层。物理层协议规定了通信介质、驱动电路和接收电路之间接口的电气特性和机械特性。(2)链路层。通信链路是由许多节点共享的。ISO/OSI参考模型及网络协议(3)网络层。在一个通信网络中，两个节点之间可能存在多条通信路径。网络层协议的主要功能就是处理信息的传输路径问题。(4)传输层。传输层协议的功能是确认两个节点之间的信息传输任务是否已经正确完成。(5)会话层。这层协议用来对两个节点之间的通信任务进行启动和停止调度。ISO/OSI参考模型及网络协议(6)表示层。这层协议的任务是进行信息格式的转换，它把通信系统所用的信息格式转换成它上一层，也就是应用层所需的信息格式。(7)应用层。严格说，这一层不是通信协议结构中的内容，而是应用软件或固件中一局部内容。它的作用是召唤低层协议为其效劳。以太网〔物理层、数据链路层〕协议的功能和特点1.物理层协议物理层协议涉及通信系统的驱动电路、接收电路与通信介质之间的接口问题。物理层协议包括以下内容。(1)接插件的类型以及插针的数量和功能。(2)数字信号在通信介质上的编码方式，如电平的上下和0、1的表达方法。(3)确定与链路控制有关的硬件功能，如定义信号交换控制线或者忙测试线等。物理层协议的功能是与所选择的通信介质〔双绞线、光缆〕以及信道结构〔串行、并行〕密切相关。2.链路层协议链路层协议主要完成两个功能：一个是对链路的使用进行控制，一个是组成具有确定格式的信息帧。由于通信网络是由通信介质和与其连接的多个节点组成的，所以链路层协议必须提出一种决定如何使用链路的规那么。网络设备网络互联从通信参考模型的角度可分为几个层次：在物理层使用中继器(Repeater)，通过复制位信号延伸网段长度；在数据链路层使用网桥(Bridge)，在局域网之间存储或转发数据帧；在网络层使用路由器(Router)在不同网络间存储转发分组信号；在传输层及传输层以上，使用网关(Gateway)进行协议转换，提供更高层次的接口。因此中继器、网桥、路由器和网关是不同层次的网络互联设备。网络设备1.中继器中继器(Repeater)又称重发器。由于网络节点间存在一定的传输距离，网络中携带信息的信号在通过一个固定长度的距离后，会因衰减或噪声干扰而影响数据的完整性，影响接收节点正确的接收和识别，因而经常需要运用中继器。中继器接受一个线路中的报文信号，将其进行整形放大、重新复制，并将新生成的复制信号转发至下一网段或转发到其他介质段。这个新生成的信号将具有良好的波形。网络设备2.网桥网桥是存储转发设备，用来连接同一类型的局域网。网桥将数据帧送到数据链路层进行过失校验，再送到物理层，通过物理传输介质送到另一个子网或网段。它具备寻址与路径选择的功能，在接收到帧之后，要决定正确的路径将帧送到相应的目的站点。网络设备3.路由器路由器工作在物理层、数据链路层和网络层。它比中继器和网桥更加复杂。在路由器所包含的地址之间，可能存在假设干路径，路由器可以为某次特定的传输选择一条最好的路径。网络设备4.网关网关又被称为网间协议变换器，用以实现不同通信协议的网络之间、包括使用不同网络操作系统的网络之间的互联。由于它在技术上与它所连接的两个网络的具体协议有关，因而用于不同网络间转换连接的网关是不相同的。作业：1、试画出OSI系统7层网络体系结构第三章

现场通信技术现场总线技术要求：1、抗电磁干扰能力2、实时性3、容错性4、开发、维护和本钱要求3.1串行通信技术1、异步通信：字符同步起止式异步协议每个字节设置1位起始位，1、1.5、2位停止位；起始位为0，停止位为1起止式异步协议

特点与格式起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，并且传送一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。其格式如上图所示。每一个字符的前面都有一位起始位〔低电平，逻辑值0〕，字符本身有5～7位数据位组成，接着字符后面是1位校验位〔也可以没有校验位〕，最后是1位，或1位半，或2位停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平〔逻辑值〕，这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。举例：传送时，数据的低位在前，高位在后，上图表示了传送一个字符E的ASCAII码的波形1010001。当把它的最低有效位写到右边时，就是E的ASCII码1000101=45H。

起／止位的作用：起始位实际上是作为联络信号附加进来的，当它变为低电平时，告诉收方传送开始。它的到来，表示下面接着是数据位来了，要准备接收。而停止位标志一个字符的结束，它的出现，表示一个字符传送完毕。2、同步通信：1〕面向字符的同步协议特点与格式：特点是一次传送由假设干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符，并规定了10个字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息特定字符〔控制字符〕的定义：名称ASCIIEBCDIC序始(SOH)000000100000001文始（STX)000001000000010组终(ETB)001011100100110文终（ETX)000001100000011同步(SYN)001011000110010送毕(EOT)000010000110111询问(ENQ)000010100101101确认(ACK)000011000101110否认（NAK)001010100111101转义(DLE)001000000010000说明SYN是同步字符(synchronousCharacter〕，每一帧开始处都有SYN，加一个SYN的称单同步，加两个SYN的称双同步设置同步字符是起联络作用,传送数据时,接收端不断检测,一旦出现同步字符,就知道是一帧开始了。接着的SOH是序始字符〔StartOfHeader〕，它表示标题的开始。标题中包括源地址、目的地址和路由指示等信息。STX是文始字符(StartOfText〕，它标志着传送的正文〔数据块〕开始。数据块就是被传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是组终字符ETB〔EndOfTransmissionBlock〕或文终字符ETX(EndOfText)，其中ETB用在正文很长、需要分成假设干个分数据块、分别在不同帧中发送的场合，这时在每个分数据块后面用文终字符ETX。一帧的最后是校验码，它对从SOH开始到ETX〔或ETB〕字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或CRC。另外，在面向字符协议中还采用了一些其他通信控制字2、同步通信：2〕面向比特的同步协议面向比特的协议中最具有代表性的是同步数据链路控制规程〔SDLC〕、高级数据链路控制规程〔HDLC〕和先进数据通信规程〔ADCCP〕HDLC根本规程通信站：主站：负责控制链路的操作与运行。次站：在主站控制下进行工作组合站：同时具有主站和次站的功能链路结构：不平衡链路结构：1个主站和多个次站构成用于点到点链路或多点链路平衡链路结构：2个组合站构成，只能用于点到点链路HDLC根本规程数据响应方式：正常响应方式NRM：不平衡链路，只有主站才能发起向次站的传送数据异步响应方式ARM：用于不平衡链路和平衡链路。次站需要等待主站的特殊指令就可以向主站发总相应帧异步平衡方式ABM：是用于平衡链路结构。每个站都为复合站，可以平等发起数据传输，不需要得到对方允许特点与格式：2、HDLC的帧格式

在HDLC中，数据和控制报文均以帧的标准格式传送。HDLC的完整的帧由标志字段〔F〕、地址字段〔A〕、控制字段〔C〕、信息字段〔I〕、帧校验序列字段〔FCS〕等组成.HDLC帧格式〔1〕标志字段(F)标志字段为01111110的比特模式，用以标志帧的起始和前一帧的终止。标志字段也可以作为帧与帧之间的填充字符。采用“0比特插入法〞可以实现数据的透明传输。〔2〕地址字段(A)地址字段的内容取决于所采用的操作方式。在操作方式中，有主站、从站、组合站之分。每一个从站和组合站都被分配一个唯一的地址。命令帧中的地址字段携带的是对方站的地址，而响应帧中的地址字段所携带的地址是本站的地址。某一地址也可分配给不止一个站，这种地址称为组地址，利用一个组地址传输的帧能被组内所有拥有该组一一的站接收。但当一个站或组合站发送响应时，它仍应当用它唯一的地址。还可用全“1〞地址来表示包含所有站的地址，称为播送地址，含有播送地址的帧传送给链路上所有的站。另外，还规定全“0〞地址为无站地址，这种地址不分配给任何站，仅作作测试。〔3〕控制字段(C)控制字段用来表示帧类型、帧编号以及命令、响应等，以便对链路进行监视和控制。由于C字段的构成不同，可以把HDLC帧分为三种类型：信息帧、监控帧、无编号帧，分别简称I帧(Information)、S帧(Supervisory)、U帧(Unnumbered)。在控制字段中，第1位是“0〞为I帧，第1、2位是“10〞为S帧，第1、2位是“11〞为U帧，它们具体操作复杂，在后面予以介绍。另外控制字段也允许扩展。〔4〕信息字段(I)信息字段内包含了用户的数据信息和来自上层的各种控制信息。在I帧和某些U帧中，具有该字段，它可以是任意长度的比特序列。在实际应用中，其长度由收发站的缓冲器的大小和线路的过失情况决定，但必须是8bit的整数倍。〔5〕帧校验序列字段(FCS)帧校验序列字段可以使用16位CRC，对两个标志字段之间的整个帧的内容进行校验。FCS的生成多项式CCITTV4.1建议规定X16+X12+X5+1。说明：N(S)：发送帧序列编号。N(R)：期望接收的帧序列编号，且是对N(R)以前帧确实认。S：监控功能比特。M：无编号功能比特。P/F：查询/结束〔Poll/Final〕比特，作为命令帧发送时的查询比特，以P位出现；作响应帧发送时的结束比特，以F位出现。HDLC如何保证数据的透明传输HDLC通过采用“0比特插入法〞来保证数据的透明传输。即：在发数据传输HDLC送端，只要发现有5个连续“1〞，便在其后插入一个“0〞。在接收一个帧时，每当发现5个连续“1〞后是“0〞，那么将其删除以恢复比特流的原貌。数据传输HDLC作业：1、试画出面向字符同步控制协议帧格式2、画出HDLC帧格式3、HDLC定义了哪三种站，分别的功能是什么？HDLC定义的2种链路结构分别是什么，特点是什么？4、HDLC数据响应方式有哪几种，特点分别是什么？3.2现场总线技术1、CAN总线控制器局域网络〔ControllerAreaNetwork简称CAN〕主要用于各种过程〔设备〕监测及控制。CAN最初是由德国的Bosch公司为汽车的监测与控制设计的，但由于CAN总线本身的突出特点，其应用领域目前已不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域开展。由于其高性能、高可靠性及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视，国际上已经有很多大公司的产品采用了这一技术。CAN已经形成国际标准〔ISO11898〕，并已成为工业数据通信的主流技术之一。1、CAN协议特点CAN总线是多主方式的串行通信总线1〕多主控制总线空闲，所有单元都可发送信息；最先访问总线单元获得发送权；多单元同时发送，发送高优先级ID消息单元可获得发送权2〕所有消息以固定格式发送，多单元发送信息，根据Id决定优先级1、CAN协议特点3〕系统柔软性总线增加单元时，连接总线上的其他单元软硬件及应用层无需改变4〕通信速度可根据网络的规模，设定适宜的通信速度同一网络中，所有单元必须设定统一速度；不同网络间可有不同速度5〕远程数据请求通过发送遥控帧请求其他单元发送数据6〕错误检测/错误通知/错误恢复功能1、CAN协议特点7〕故障封闭CAN判断错误类型，当发生持续数据错误时，将此故障单元从总线上离去8〕连接可以连接多个单元2、

CAN的分层结构为了使设计透明和执行灵活，遵循ISO/OSI标准模型，CAN分为数据链路层〔包括逻辑链路层LLC和媒体访问控制层MAC〕和物理层，在CAN技术标准2.0A的版本中，数据链路层的LLC和MAC子层的效劳和功能被描述为“目标层〞和“传输层〞。媒体访问控制子层MAC子层的功能主要是传送规那么，以及控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。MAC子层也要确定为开始一次新的发送，总线是否开放或者是否马上开始接收，位定时也是MAC子层的一局部。物理层的功能是有关全部电气特性不同的节点间位的实际传送。

逻辑链路子层LLC子层的主要功能是报文滤波、超载通知和恢复管理。2、

CAN的分层结构3、CAN总线的技术标准图1.CAN的分层结构和功能3、CAN总线的技术标准CAN报文传送及总线上的位电平表示〔1〕进行数据传送时，发出报文的单元成为该报文的发送器。该单元在总线空闲或丧失仲裁前恒为发送器。〔2〕如果一个单元不是报文发送器，并且总线不出现空闲状态，那么该单元为接收器。对于报文接收器和发送器，报文的实际有效时刻是不同的。〔1〕对于发送器而言，如果直到帧结束末尾一直未出错，那么对于发送器报文有效。如果报文受损，将允许按照优先权顺序自动重发，为了能同其它总线访问竞争，总线一旦空闲。重发送立即开始。〔2〕对于报文接收器而言，如果直到帧结束的最后一位一直未出错，那么对于接收器报文有效。3、CAN总线的技术标准当发送器在发送的位流中检测到5为连续的相同数值时，将自动的在实际发送的位流中插入一个补码位。而数据帧和远程帧的其余位场那么采用固定格式，不进行填充，出错帧和超载帧同样是固定格式。

位填充规那么构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助位填充规那么进行编码。

3、CAN总线的技术标准CAN总线报文的帧结构

CAN总线的报文传送由4种不同类型的帧表示和控制：●数据帧携带数据由发送器至接收器；●远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；●出错帧由检测出总线错误的任何单元发送；●超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。数据帧和远程帧借助帧间空间和当前帧分开。

3、CAN总线的技术标准1、数据帧数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束。数据长度可为0。CAN技术标准2.0B数据帧的组成如图3所示。图3.数据帧的组成

3、CAN总线的技术标准在CAN技术标准2.0B中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有11位标识符的帧称为标准帧，而包括29位标识符的称为扩展帧。标准格式和扩展格式的数据帧结构如图4，图5所示。

图4.标准格式的数据帧

3、CAN总线的技术标准图4.扩展格式的数据帧

SRR:替代远程请求IDE:标识位扩展位RTR:远程发送请求位3、CAN总线的技术标准〔1〕帧起始〔SOF〕标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个显性位构成，只有在总线处于空闲状态时，才允许单元开始发送。所有单元都必须同步于首先开始发送的那个单元的帧起始前沿。3、CAN总线的技术标准图6.仲裁场组成〔2〕仲裁场由标识符和远程发送请求位〔RTR〕组成，如图6所示。3、CAN总线的技术标准

对于CAN技术标准2.0A，标识符的长度为11位，这些位一从高位到低位的顺序发送，最低位为ID.0，其中最高7位不能全为隐性。RTR位在数据帧中必须为显性，而在远程帧中必须为隐性。CAN技术标准2.0A数据帧3、CAN总线的技术标准对于CAN技术标准2.0B，标准格式和扩展格式的仲裁场不同，在标准格式中，11位标识符和远程发送请求位RTR组成，标识符位为；RTR位在数据帧中必须为显性，而在远程帧中必须为隐性。为区别标准格式和扩展格式，将CAN技术标准2.0A中的r1改记为IDE位，CAN技术标准2.0B的标准格式3、CAN总线的技术标准对于CAN技术标准2.0B，在扩展格式中，仲裁场:29位标识符ID.28--ID.0;替代远程请求SRR位〔隐性位〕;标识位扩展位IDE〔隐性位〕;远程发送请求位RTR。3、CAN总线的技术标准SRR的全称是“替代远程请求位〔SubstituteRemoteRequestBIT〕〞，SRR是一隐性位。它在扩展格式的标准帧RTR位上被发送，并代替标准帧的RTR位。因此，如果扩展帧的根本ID和标准帧的识别符相同，标准帧与扩展帧的冲突是通过标准帧优先于扩展帧这一途径得以解决的。3、CAN总线的技术标准IDE的全称是“识别符扩展位〔IdentifierExtensionBit〕〞，对于扩展格式，IDE位属于仲裁场；对于标准格式，IDE位属于控制场。标准格式里的IDE位为“显性〞，而扩展格式里的IDE位为“隐性〞。通过判别SRR和IDE是否均为隐性识别为扩展格式，而不是标准格式的数据帧或远程帧。3、CAN总线的技术标准CAN2.0B的扩展帧和CAN2.0A和CAN2.0B的标准帧一样，在数据帧中RTR位必须为显性，而在远程帧中必须为隐性。

3、CAN总线的技术标准〔3〕控制场由6位组成，由图可见，控制场包括数据长度码和两个保存位，这两个保存位必须发送显性位，但接收器认可显性和隐性的全部组合。数据长度码DLC指出数据场的字节数目。数据长度码为四位，在控制场中被发送，数据字节的允许使用数目为0-8，不能使用其它数值。图7.控制场的组成

3、CAN总线的技术标准〔4〕数据场是又数据帧中被发送的数据组成，它可包括0-8个字节，每个字节8位，首先发送的是最高有效位。3、CAN总线的技术标准〔5〕CRC场包括CRC序列，后随CRC界定符。CRC场结构如图8所示。CRC序列由循环冗余码求得的帧检查序列组成，最适用于位数小于127〔BCH码〕的帧。CRC序列之后是CRC界定符，包含一个单独的“隐性位〞图8.CRC场结构

3、CAN总线的技术标准〔6〕应答场〔ACK〕为两位，包括应答间隙和应答界定符，如图9所示。在应答场中，发送器送出两个隐性位。一个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙，将此信息通过发送一个显性位报告给发送器。所有接收到匹配CRC序列的站，通过在应答间隙内把显性位写入发送器的隐性位来报告。应答界定符是应答场的第二位，并且必须是隐性位， 3、CAN总线的技术标准〔7〕帧结束：每个数据帧和远程帧均由7个隐性位组成的标志序列界定。3、CAN总线的技术标准2、远程帧 激活为数据接收器的站可以借助于传送一个远程帧初始化各自源节点数据的发送。远程帧由6个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。远程帧和数据帧的结构根本相同，其RTR位为隐性位，且不存在数据场，远程帧组成如图10所示。图10.远程帧组成3、CAN总线的技术标准3、出错帧

出错帧由两个不同场组成，第一个由来自各站的错误标识迭加而得到，后随的第二个场是出错界定符，(包括8个隐性位)。图11.出错帧的组成3、CAN总线的技术标准错误标志具有两种形式：〔1〕激活错误标志〔activeerrorflag〕：激活错误标志由6个连续的显性位组成。〔2〕认可错误标志〔passiveerrorflag〕：认可错误标志由6个连续的隐性位组成，除非被来自其它节点的显性位冲掉。3、CAN总线的技术标准检测到错误条件的“错误激活〞站通过发送错误激活标志指示错误。错误标志的格式破坏了从帧起始到CRC界定符的位填充规那么，也破坏了应答场或帧结束场的固定格式。因此，所有其他的站由此检测到错误条件并开始发送错误标志。因此，“显性〞位序列的形成就是各个站发送的不同错误标志加叠在一起的结果。这个序列的总长度最小为6个位，最大为12个位。检测到错误条件的“错误认可〞的站试图通过发送错误认可标志指示错误。该“错误认可〞站以错误认可标志为起点，等待6个相同极性的连续位。当这6个相同的位被检测到时，错误认可标志的发送就完成了。3、CAN总线的技术标准

出错界定符包括8个隐性位。错误标志发送后，每个站都送出1个隐性位，并监视总线，直到检测到1个隐性位为止，然后开始发送剩余的7个隐性位。

3、CAN总线的技术标准4、超载帧

超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符，如图12所示。存在两种导致发送超载标志的超载条件：一个是要求延迟下一个数据帧或远程帧的接收器的内部条件；另一个是在间隙场检测到显性位。超载标志由6个显性位组成，超载界定符由8个隐性位组成。图12.超载帧的组成3、CAN总线的技术标准5、帧间空间数据帧、远程帧、出错帧或超载帧，均以称之为帧间空间的位场分开。而在超载帧和出错帧前面没有帧间空间，并且多个超载帧前面也不被帧间空间分隔。

3、CAN总线的技术标准帧间空间包括间歇场和总线空闲场，对于前面已经发送报文的“错误认可〞站还有暂停发送场，如图13，图14所示。图13.非“错误认可〞帧间空间图14.“错误认可〞的站帧间空间3、CAN总线的技术标准

间歇场由3个隐性位组成，间歇期间，不允许启动发送数据帧或远程帧，它仅起标注超载条件的作用。总线空闲场周期可为任意长度，此时总线是开放的，因此任何需要发送的站均可访问总线。暂停发送场是指：错误认可站发送完一个报文后，在下一次报问发送认可总线空闲之前，它紧随间歇场后送出的8个隐性位。3、CAN总线的技术标准错误类型和界定在CAN总线中存在5种错误类型，它们并不互相排斥1、位错误：向总线送出一位的某个单元同时也在监视总线，当检测到总线位数值与送出的位数值不同时，那么在该位时刻检测到一个位错误。2、填充错误：在应使用位填充方法进行编码的报文中，出现了第六个连续相同的位电平时，将检出一个位填充错误。

3、CAN总线的技术标准错误类型和界定在CAN总线中存在5种错误类型，并不互相排斥。3、CRC错误：CRC序列是由发送器CRC计算的结果组成的。接收器以与发送器相同的方法计算CRC。如果计算结果与接收到的CRC序列不相同，那么检出一个CRC错误。4、格式错误：当固定格式的位场中出现一个或多个非法位时，那么检出一个形式错误。5、应答错误：在应答间歇，发送器未检测到显性位时，那么由它检出一个应答错误。3、CAN总线的技术标准在CAN总线中，任何一个站可能处于以下三种故障状态：〔1〕错误激活〔activeerror〕；〔2〕错误认可〔passiveerror〕；〔3〕总线关闭〔busoff〕。

3、CAN总线的技术标准

错误激活站可以照常参加总线通讯，且当检测到错误时，送出一个活动错误标志。

不允许错误认可节点送出活动错误标志，它可参与总线通讯，但当检测到错误时，只能送出认可错误标志，且发送后仍被错误认可，直到下次发送初始化。

总线关闭状态不允许单元对总线由任何影响，三种状态转换关系如图15所示。3、CAN总线的技术标准或REC≥128错误—激活错误—认可总线关闭TEC≥255TEC≥128和REC≤127TEC≤127正常模式请求11个连续隐性位

128次为了界定故障，在每个总线单元中都设有两种计数：发送出错计数和接收出错计数，这些计数按照一定规那么进行，计数值的范围为0-256，当错误计数器数值大于96时，说明总线被严重干扰。3、CAN总线的技术标准位定时与同步正常位时间是指在非重同步的情况下，借助理想发送器每秒发送的位时间，它可分为几个互不重迭的时间段。这些时间段包括：同步段〔SYNC-SEG〕、传播段〔PROP-SEG〕、相位缓冲段1〔PHASE-SEG1〕和相位缓冲段2〔PHASE-SEG2〕，如以下图16所示。图16.位时间的各组成局部3CAN总线的技术标准同步段：用于补偿总线上的各个节点，为此此段内需要有一个跳变沿。传播段：用于补偿网络内的传输延迟时间，它是信号在总线上传播时间、输入比较时间和驱动器延迟时间总和的两倍。相位缓冲段1和相位缓冲段2：用于补偿沿的相位误差，通过重同步，这两个时间段可以被延长或缩短。采样点：它是这样一个时点，在此点上，仲裁电平被读取，并被理解为各位的数值，采样点位于相位缓冲段1的终点。时间份额：由振荡器周期派生出的一个固定时间单元。存在一个可编程的分度值，其整体数值范围为1~32，而位时间的总数必须被编程至少为8~25。硬同步：硬同步后，内部位时间从SYNC-SEG重新开始，因而，硬同步强迫由与硬同步而引起的沿处于重新开始的位时间同步段之内。作业1、CAN总线有哪几种错误类型及相互之间关系2、CAN协议特点3、CAN分层结构及各层功能作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBus是在欧洲工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，也是目前国际上通用的现场总线标准之一。ProfiBus是属于单元级、现场级的SIMITAC网络，适用于传输中、小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合ProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同一个ProfiBus网络上。ProfiBus是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。一、ProfiBus总线简介PROFIBUS概述PROFIBUS(ProcessFieldbus的缩写)是一种国