工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

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1.按網(wǎng)絡(luò)的地理范圍分類星際互聯(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虛擬專用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)：一組相互連接的網(wǎng)絡(luò)稱為互聯(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)。首字母大寫由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中提供資源的終端（稱為主機(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)忌絡(luò)的弦拓?fù)渥薪Y(jié)構(gòu)史分類※星形※環(huán)形※總線形※樹形※不規(guī)則形※完整性3.按傳漿輸介男質(zhì)分汁類※架空明線※雙絞線※同軸電纜※光纖※無(wú)線（紅外/微波/衛(wèi)星）4.按通留信方當(dāng)式分葡類（1）點(diǎn)慈對(duì)點(diǎn)顆傳輸據(jù)網(wǎng)絡(luò)每條態(tài)物理青線路皺連接委一對(duì)涼計(jì)算記機(jī)。緩假如蚊兩臺(tái)匪計(jì)算章機(jī)之淘間沒禾有直某接的絹線路顧，那匯么它熊們之寧間的雙分組帳就要辮通過相中間曬節(jié)點(diǎn)后的接贊收、者存儲(chǔ)代、轉(zhuǎn)省發(fā)，狡直到詞目的欣節(jié)點(diǎn)踩。由囑于連跌接多拘臺(tái)計(jì)摩算機(jī)糧之間痛的線中路結(jié)璃構(gòu)可倉(cāng)能是頂復(fù)雜考的，糊因此花從源兩節(jié)點(diǎn)鄰到目抗的節(jié)唐點(diǎn)可鏡能存誘在多嶺條路稻由，哲決定振分組鼠從通犁信子點(diǎn)網(wǎng)的變?cè)垂?jié)者點(diǎn)到馬達(dá)目金的節(jié)白點(diǎn)的龜路由鳴需要廈有路權(quán)由選烘擇算國(guó)法。又稱單播（2）廣庸播式雅網(wǎng)絡(luò)觀傳輸所有傳連網(wǎng)婚計(jì)算擺機(jī)共狂享一杜個(gè)公予共通劉信信擱道。頑當(dāng)一棉臺(tái)計(jì)準(zhǔn)算機(jī)問利用樓共享箏通信禮信道督發(fā)送斑報(bào)文特分組致時(shí)，舍所有錫其它權(quán)的計(jì)疲算機(jī)斤都會(huì)皺收聽奴到這群個(gè)分組組。遼由于擺發(fā)送木的分日組中波帶有聾目的璃地址改和源旨地址淡，接罷收到叫該分壘組的飛計(jì)算衰機(jī)將溉檢查顏目的說(shuō)地址劫是否殼與本立節(jié)點(diǎn)川地址厭相同張。若需被接仇收的鑼報(bào)文區(qū)分組考的目稀的地癥址與扛本節(jié)遷點(diǎn)地深址相窄同，嶄則接績(jī)收該恩分組插，否似則丟福棄該鑄分組戚?？煞至砍龆嗖セ蚪M播5.按網(wǎng)返絡(luò)的考使用俱目的圈分類共享貪資源谷網(wǎng)：緊使用現(xiàn)者可隙共享咐網(wǎng)絡(luò)乞中的巨各種結(jié)資源線，如另：文掃件、全掃描俱儀、殿打印亂機(jī)以摸及各獄種服距務(wù)。In禿te寄rn鵝et網(wǎng)是科典型烏的共昂享資潑源網(wǎng)口。數(shù)據(jù)趣處理籃網(wǎng)：孕用于伸數(shù)據(jù)浴處理貫的網(wǎng)保絡(luò)，轟如：起科學(xué)耕計(jì)算憑網(wǎng)絡(luò)襯、企奧業(yè)經(jīng)惜營(yíng)管瞞理用維網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)等。數(shù)據(jù)承傳輸鏟網(wǎng)：旬用來(lái)煙收集肅、交藍(lán)換、吊傳輸代數(shù)據(jù)狂的網(wǎng)細(xì)絡(luò)，惑如：杏情報(bào)庭檢索尚網(wǎng)絡(luò)疫等。注：成目前愈網(wǎng)絡(luò)手使用斯的目虧的都撤不是稅單一雪的。6.按服癥務(wù)方砌式分廊類客戶哭機(jī)／哭服務(wù)彎器網(wǎng)宿絡(luò)：轉(zhuǎn)客戶證機(jī)向遼服務(wù)懲器發(fā)伯出請(qǐng)角求并擺獲得權(quán)服務(wù)底的一演種網(wǎng)尿絡(luò)形掉式。求多臺(tái)絮客戶齡機(jī)可殼以共姨享服鳥務(wù)器掛提供剖的各品種資截源。對(duì)等閑網(wǎng)：幻玉每臺(tái)轟計(jì)算擾機(jī)都朽可以愈與其污它每距臺(tái)計(jì)媽算機(jī)裹對(duì)話泡，共奮享彼么此的梢信息嘉資源息和硬井件資而源，宅組網(wǎng)滾的計(jì)圖算機(jī)湯一般蛇類型州相同甲。7.按傳斗輸速搞率劃迎分低速拾網(wǎng)絡(luò)質(zhì)：<1慰0k歲bp芹s中速留網(wǎng)絡(luò)腫：10詞kb據(jù)ps匙—1拿00咬Mb有ps高速卷網(wǎng)絡(luò)電：10叫0M罵bp景s—耍10談Gb脹ps8.按交鉗換方符式劃標(biāo)分（1）電唉路交碌換網(wǎng)秤：如址電話盜系統(tǒng)豈；（2）報(bào)稍文交軌換網(wǎng)津：如撲電報(bào)則系統(tǒng)丟；（3）分命組交違換網(wǎng)般：如古因特芬網(wǎng)，AT寬M網(wǎng)（禾交換通的是伐信元負(fù)）。9.按適宗用范旦圍劃鳥分（1）公仆用網(wǎng)患：如智：CH滅IN釣AP擱AC（中露國(guó)分鐮組交路換網(wǎng)?。唬?）專繁用網(wǎng)像：如徑：微蠅軟公聞司內(nèi)增部網(wǎng)三、犧計(jì)算給機(jī)網(wǎng)裝絡(luò)硬愿件網(wǎng)絡(luò)只硬件繭主要巖由可除獨(dú)立樣工作檢的計(jì)話算機(jī)扭、網(wǎng)燥絡(luò)設(shè)列備和郵傳輸營(yíng)介質(zhì)端組成狡。1.計(jì)算笑機(jī)是計(jì)茅算機(jī)估網(wǎng)絡(luò)會(huì)的核除心，伐用戶則主要饅的網(wǎng)權(quán)絡(luò)資熄源。服務(wù)駕器：充向網(wǎng)鳥絡(luò)用勾戶提仰供服協(xié)務(wù)，響并負(fù)欺責(zé)對(duì)的網(wǎng)絡(luò)墳資源箱進(jìn)行賄管理恥?？沙夥譃楸I文件盼服務(wù)眨器、蜓通信縱服務(wù)置器、互備份蜻服務(wù)伴器、更打印猾服務(wù)繞器等月。一奮般由論功能櫻強(qiáng)大酬的計(jì)匪算機(jī)輝擔(dān)任釣，如待：小播型機(jī)愧、專爭(zhēng)用PC服務(wù)腿器、紗高檔PC。網(wǎng)絡(luò)剃工作胖站：繪是一答臺(tái)供截用戶歌使用訴網(wǎng)絡(luò)姿的本巧地計(jì)妨算機(jī)蹈，為追用戶須服務(wù)晌，同唇時(shí)被蛋授予燙一定到權(quán)限務(wù)訪問墊服務(wù)去器，土或與復(fù)其它鑄工作體站通積信及鄉(xiāng)豐共享召網(wǎng)絡(luò)球資源哈。2.網(wǎng)絡(luò)非設(shè)備網(wǎng)卡夜：又替稱網(wǎng)宵絡(luò)接抓口適姨配器胃（NI竊C），緒是計(jì)排算機(jī)籠與傳餃輸介逗質(zhì)的鑼接口慢，負(fù)舌責(zé)網(wǎng)雨絡(luò)上咱數(shù)據(jù)其包的紀(jì)接收棕和發(fā)辦送。調(diào)制她解調(diào)門器：攝用來(lái)窮實(shí)現(xiàn)隨通信漿信道瓜上數(shù)蟲字信魚號(hào)與憶模擬墓信號(hào)挨的相咐互轉(zhuǎn)表?yè)Q。中繼擋器：球物理疼層互次連設(shè)理備，兵通過平放大疾和再渡生信據(jù)號(hào)擴(kuò)啟大介杜質(zhì)的劫傳輸疑距離凡。應(yīng)毅用目威的是碗為了茄解決娃電纜覽長(zhǎng)度斑問題浙。集線難器：尤物理鹿層互叔連設(shè)礦備，唇作為宅網(wǎng)絡(luò)乳傳輸賢介質(zhì)訪的中旺央節(jié)芒點(diǎn)，浴可以番看成只是一扛種特蘆殊的浪中繼停器，殺除了盤具有東信號(hào)杏再生耍功能噴外，謊有的盟還具欲有在倒共享編信道俗上分慈配帶期寬的現(xiàn)功能織。一煌般不奴能識(shí)鑼別MA群C地址棒，以善廣播匯方式慨轉(zhuǎn)發(fā)苦數(shù)據(jù)判包。交換旬機(jī)：概數(shù)據(jù)裂鏈路騰層互宰連設(shè)隆備，短是一筐種基案于MA啞C地址朋識(shí)別賊，完踏成封隸裝、特轉(zhuǎn)發(fā)德數(shù)據(jù)紐奉包功播能的襪網(wǎng)絡(luò)美設(shè)備段。網(wǎng)橋罵：數(shù)認(rèn)據(jù)鏈平路層冤互連管設(shè)備愿，用責(zé)于連撐接使柴用相趨同通投信協(xié)齒議，膨但傳溪輸介環(huán)質(zhì)可裝以不寺相同昨的兩嚷個(gè)網(wǎng)貿(mào)絡(luò)。路由框器：謙網(wǎng)絡(luò)竄層互團(tuán)連設(shè)堡備，綱作用合是連出接局裝域網(wǎng)幸和廣侄域網(wǎng)池，有騙判斷淡網(wǎng)絡(luò)桌地址援和選怪擇路尸徑的融功能毀。其某主要摩作用川是為淺經(jīng)由會(huì)路由上器的朽報(bào)文解尋找溪一條托最佳澇路徑咬，并怕將數(shù)集據(jù)傳傾送到竹目的舌站點(diǎn)悅。它跡不關(guān)梳心各粥子網(wǎng)密使用日的硬棚件設(shè)桶備，閱但要流求運(yùn)板行與艇網(wǎng)絡(luò)免層協(xié)崖議相絹一致饑的軟貫件。網(wǎng)關(guān)壺：應(yīng)詞用層聾互連胞設(shè)備賞，實(shí)泥現(xiàn)不芒同網(wǎng)亞絡(luò)協(xié)濱議之平間的雅轉(zhuǎn)換續(xù)，并皆具有嶼路由賊功能尼，將源數(shù)據(jù)濤重新領(lǐng)分組桃后傳菜送。3.傳輸褲介質(zhì)架空冊(cè)明線充、雙撿絞線救、同暈軸電損纜、蝕光纖律、無(wú)挎線（村紅外載、微爐波、貸衛(wèi)星悟通信琴）等呆。四、忌網(wǎng)絡(luò)丙拓?fù)渲平Y(jié)構(gòu)1.星形破拓?fù)涓鱾€(gè)籮節(jié)點(diǎn)湯直接燦連接子到中確心節(jié)與點(diǎn)。中心籃節(jié)點(diǎn)首控制臟整個(gè)布網(wǎng)絡(luò)要的通艘信，族任何漫兩個(gè)金非中得心節(jié)辣點(diǎn)之街間的慌通信湖都要呆通過蛋中心阻節(jié)點(diǎn)揮。拓?fù)溲Y(jié)構(gòu)續(xù)簡(jiǎn)單辰，易詠于實(shí)長(zhǎng)現(xiàn)，蛛便于吃管理壘。網(wǎng)絡(luò)寧的中呢心節(jié)絲式點(diǎn)是堪整個(gè)忌網(wǎng)絡(luò)朽性能慌與可雅靠性廊的瓶般頸，吩中心令節(jié)點(diǎn)埋的故腳障可全能造失成整調(diào)個(gè)網(wǎng)蹦絡(luò)的齒癱瘓其。2.環(huán)形擊拓?fù)湎噜彾刚军c(diǎn)蓋通過最點(diǎn)-點(diǎn)鏈?zhǔn)奥愤B搬接成懸閉合銅環(huán)路皇。環(huán)中蛙數(shù)據(jù)持沿一浩個(gè)方親向逐廁站傳偽送。拓?fù)湔Y(jié)構(gòu)兄簡(jiǎn)單添，傳但輸延余時(shí)確挖定。環(huán)中確每個(gè)堡站點(diǎn)推與相蔬鄰站兩點(diǎn)之疑間的蚊通信余線路兆都會(huì)掏成為挪網(wǎng)絡(luò)恭可靠史性的藍(lán)瓶頸果。環(huán)靜中任位何一帥個(gè)站笛點(diǎn)或汪線路被出現(xiàn)怨故障朋，都統(tǒng)有可未能造叛成網(wǎng)珍絡(luò)癱頭瘓。為了臉方便召站點(diǎn)富的加啦入和付撤出編環(huán)，霉控制乏站點(diǎn)觀的數(shù)臟據(jù)傳滴輸順并序，班保證遠(yuǎn)環(huán)的許正常挽工作極，需緒設(shè)計(jì)掃復(fù)雜是的環(huán)蘋維護(hù)籌協(xié)議悲。3.總線嘉形拓活撲所有用節(jié)點(diǎn)腎連接斥到一亂條作滲為公酬共傳棒輸介糊質(zhì)的支總線斜，以池廣播謊方式詢發(fā)送撥和接姥收數(shù)廣據(jù)。當(dāng)一泛個(gè)節(jié)簡(jiǎn)點(diǎn)利短用總舉線發(fā)始送數(shù)計(jì)據(jù)時(shí)因，其嗽他節(jié)蜓點(diǎn)只晴能接糠收數(shù)倘據(jù)。若有借兩個(gè)圈或兩杜個(gè)以斯上的薄節(jié)點(diǎn)井同時(shí)蝕發(fā)送冊(cè)數(shù)據(jù)菠時(shí)，吧就可恒能會(huì)狀出現(xiàn)兇沖突查，造償成傳去輸失少敗。優(yōu)點(diǎn)讀是結(jié)偉構(gòu)簡(jiǎn)問單，趴缺點(diǎn)揭是必嘗須解攻決多偷節(jié)點(diǎn)譯訪問襯總線蝦的介著質(zhì)訪癢問控雨制問手題。4.樹形競(jìng)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)騙按層壩次進(jìn)廳行連唇接，搭數(shù)據(jù)墾交換觸主要驗(yàn)在上游、下建節(jié)點(diǎn)寇之間按進(jìn)行勢(shì)；同高層節(jié)霸點(diǎn)之亂間通波常不忽進(jìn)行告數(shù)據(jù)檔交換東，或陪數(shù)據(jù)緒交換急量比憐較小弟。樹形這拓?fù)浼?jí)可以牙看成服是星今形拓修撲的藍(lán)一種朝擴(kuò)展沖。樹遼形拓柿撲網(wǎng)臉絡(luò)適泊用于饞匯集附信息版。5.網(wǎng)形拓微撲節(jié)點(diǎn)汁之間賠的連罵接是堆任意誘的，旅沒有虎規(guī)律竟。網(wǎng)市形拓胳撲的葛優(yōu)點(diǎn)蒸是系虜統(tǒng)可鉗靠性侍高。網(wǎng)形銅拓?fù)錆峤Y(jié)構(gòu)羨復(fù)雜匙，必懲須采遼用路鍛由選吳擇算就法、與流量?？刂瓶嘏c擁揀塞控亭制方灘法。五、脆介質(zhì)書訪問壟控制俘方式1.介質(zhì)直訪問優(yōu)控制優(yōu)方式幟分類隨機(jī)越的：CS踐MA傭/C島D，爭(zhēng)忙用總賣線受控盒的：惡令牌芒環(huán)、騙令牌村總線2.勇CS譽(yù)MA姐/C映D-載波飽偵聽俊多路吩訪問/沖突宜檢測(cè)（1）原猶理先聽蘿后發(fā)搏；若空制閑即角發(fā)送伯，否省則等央一段佛時(shí)間斬后重慌試；邊講泄邊聽愿；若有告沖突未，即福發(fā)出靈阻塞說(shuō)信號(hào)扁。（2）CS冠MA釘/C鍬D所使憤用的界堅(jiān)持同退避步算法0-堅(jiān)持究：空閑虧即發(fā)站送，并否則扔等待援隨機(jī)能時(shí)間須重試舊發(fā)送鉤；1-堅(jiān)持蕉：空閑舌即發(fā)詞送，誘否則宮一直片等到發(fā)空閑撞即發(fā)亞送，南若此拴時(shí)有嫂沖突桐發(fā)生偷，則丘等待嚼一個(gè)資隨機(jī)維時(shí)間灰重試機(jī)發(fā)送哨；P-堅(jiān)持按：空閑責(zé)即以P概率翅發(fā)送托，或面者以涉（1-窄P）的在概率跪延遲惠一個(gè)滿大于孔最大兼?zhèn)鬏攦斞舆t韻的時(shí)扎間單混位重反復(fù)處還理。當(dāng)如果惜忙，座繼續(xù)級(jí)監(jiān)聽證，直柿到空融閑，態(tài)從頭易重復(fù)頑。對(duì)比增：0-堅(jiān)持蜘缺點(diǎn)零：即象使有樓幾個(gè)搶站要莊發(fā)送陽(yáng)，介忍質(zhì)也織有可訊能空稻閑；1-堅(jiān)持著缺點(diǎn)扒：假梯如有2個(gè)或2個(gè)以鈔上站投點(diǎn)要套發(fā)送黑數(shù)據(jù)最，則恒沖突拆不可僑避免畏；P-堅(jiān)持秒：是枕一種煮折衷由方案底。有N個(gè)站登有數(shù)豆據(jù)等嘆待發(fā)賽送，迅在當(dāng)帥前發(fā)條送完乖成時(shí)娘，則會(huì)有N×叫P個(gè)站逝企圖確發(fā)送貼，若N×羅P>裹1，則灑沖突現(xiàn)不可慎避免當(dāng)。所做以設(shè)譽(yù)計(jì)時(shí)防應(yīng)使N×網(wǎng)P<躍1。P也不恨能太斬小，逢否則董浪費(fèi)擴(kuò)帶寬霜。3.令牌茂方式是一魄種有波控制瓦的發(fā)登送方賓式。丙令牌的按一炊定順枯序在芬各站沉點(diǎn)傳希遞，揪誰(shuí)得禿到令精牌，箭誰(shuí)才啄有權(quán)期發(fā)送鏡報(bào)文菌。（1）分顆類令牌副環(huán)網(wǎng)所：用齡于環(huán)哪形網(wǎng)澤絡(luò)；令牌余總線貪：用鼠于總蜂線形燃網(wǎng)絡(luò)指。各濤個(gè)工祝作站術(shù)按一紋定順祥序形征成一爸個(gè)邏桐輯環(huán)慌，使棋用令校牌控勇制機(jī)紋制，垃構(gòu)成落令牌趨總線推。誰(shuí)繩得到私令牌速，誰(shuí)糞才有厲權(quán)發(fā)而送報(bào)菠文。（2）令趙牌方漿式與CS車MA柿/C坐D方式洗比較由