配电系统自动化6变电站综合自动化系统的数据通信

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1、第六章第六章 变电站综合自动化变电站综合自动化系统的数据通信系统的数据通信6-1 6-1 数据通信概述数据通信概述 数据通信的内容很广数据通信的内容很广 计算机与计算机、一个系统与另计算机与计算机、一个系统与另一个系统，计算机内部各部件间、一个系统，计算机内部各部件间、CPUCPU与与存储器、磁盘及人机接口设备之间的信息存储器、磁盘及人机接口设备之间的信息交换都时数据通信的范畴。交换都时数据通信的范畴。 变电站综合自动化系统实质上是变电站综合自动化系统实质上是由多台微机组成的分层分布式的控制系统，由多台微机组成的分层分布式的控制系统，系统内部实现各子系统内部和各子系统之系统内部实现各子系统内部

2、和各子系统之间的信息交换和实现信息共享，系统与调间的信息交换和实现信息共享，系统与调度度/ /控制中心通信。控制中心通信。 1、综合自动化系统与调度、综合自动化系统与调度/控制中心的通信控制中心的通信 不设独立的远动装置，由综合自动不设独立的远动装置，由综合自动化系统的上位机（或称集中管理机）化系统的上位机（或称集中管理机） 或通信控制机执行远动功能或通信控制机执行远动功能 变电站向控制中心发送测量和监视信息变电站向控制中心发送测量和监视信息变电站从控制中心接收数据和控制命令变电站从控制中心接收数据和控制命令 变电站层变电站层单元层（间隔层）单元层（间隔层）现场层（设备层）现场层（设备层） 设

3、备层与间隔层间的信息交换设备层与间隔层间的信息交换 间隔层的设备大多数需要从设备间隔层的设备大多数需要从设备层的电压和电流互感器采集正常和事故层的电压和电流互感器采集正常和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息状态信息和故障诊断信息 2、变电站内的信息传输、变电站内的信息传输 单元层内部的信息交换单元层内部的信息交换 一个单元层内部相关的功能模块间一个单元层内部相关的功能模块间 如，保护和控制、监视、测量之间如，保护和控制、监视、测量之间的数据交换的数据交换 单元层之间的通信单元层之间的通信不同单元层之间的数据交换不同单元层之间的数据交换

4、 如，如， 主、后备保护工作状态、互锁主、后备保护工作状态、互锁 单元层和变电站层的通信单元层和变电站层的通信测量及状态信息测量及状态信息操作信息操作信息参数信息参数信息正常及事故情况下的测量正常及事故情况下的测量值和计算值，开关位置等值和计算值，开关位置等开关的分、合命令开关的分、合命令主变分接头位置调节主变分接头位置调节保护和自动装置的整定值等保护和自动装置的整定值等变电站层的内部通信变电站层的内部通信变电站层的不同设备之间的通信变电站层的不同设备之间的通信3、变电站综合自动化系统通信的特点与要求、变电站综合自动化系统通信的特点与要求电力系统远动通信的特点电力系统远动通信的特点 实时实时性

5、强性强电力系统运行的变化过程十电力系统运行的变化过程十分迅速，所以对信息的实时性要求高分迅速，所以对信息的实时性要求高很高的可靠性很高的可靠性传送的信息对电力系统传送的信息对电力系统的运行起着至关重要的作业的运行起着至关重要的作业优良的电磁兼容性能优良的电磁兼容性能电源、雷击、跳闸电源、雷击、跳闸等强电磁干扰和地电位差的干扰等强电磁干扰和地电位差的干扰距离远距离远现代电网日趋庞大，调动中心现代电网日趋庞大，调动中心和所控制的厂站之间的距离较远和所控制的厂站之间的距离较远2）信息传输响应速度的要求）信息传输响应速度的要求 不同类型和特性的信息要求传送不同类型和特性的信息要求传送的时间差异很大的时

6、间差异很大各层次之间和每层内部传输信息时间的要求设备层和隔离层，设备层和隔离层， 1100ms 1100ms间隔内各个模块间，间隔内各个模块间，1100ms1100ms间隔层的各个间隔单元之间，间隔层的各个间隔单元之间，1100ms1100ms间隔层和变电站层之间，间隔层和变电站层之间，101000ms101000ms变电站的各个设备之间变电站的各个设备之间1000ms 1000ms 变电站和控制中心之间变电站和控制中心之间 1000ms 1000ms 6-2 6-2 数据通信的传输方式数据通信的传输方式1、并行、串行数据通信、并行、串行数据通信并行数据通信并行数据通信数据的各位同时传送，同数

7、据的各位同时传送，同时接收；时接收；8位、位、16位数据总线；位数据总线；传输速度快；传输速度快；传输距离短（传输距离短（10m内）。内）。串行接口串行接口 EIS-RS-232C EIS-RS-232C、 EIS-RS-485 EIS-RS-485串行数据通信串行数据通信数据一位一位顺序传送；数据一位一位顺序传送；节约传输线；节约传输线；适合远距离传输；适合远距离传输；传输速度慢。传输速度慢。2、远距离数据通信的基本模型、远距离数据通信的基本模型发送信息、通道、接收信息组成发送信息、通道、接收信息组成传输系统传输系统3、数据通信系统的工作方式、数据通信系统的工作方式串行传输按串行传输按信息传

8、输方向和时间信息传输方向和时间可分为：可分为：单工通信、半双工通信和全双工通信单工通信、半双工通信和全双工通信三种方式。三种方式。（1 1）单工通信）单工通信是是指指仅仅能能在在一一个个方方向向传传输输信信息息，不不能能反反方方向向传输。传输。（2 2）半双工通信）半双工通信是是指指信信息息可可以以双双向向传传输输，但但不不能能同同时时传传输输，在在任一通信时刻，只能向一个方向传输。任一通信时刻，只能向一个方向传输。（3 3）全双工通信）全双工通信是指通信双方可同时进行双向传输信息。两是指通信双方可同时进行双向传输信息。两个传输方向完全独立。个传输方向完全独立。 4、异步传输与同步传输、异步传

9、输与同步传输 在在串串行行传传输输中中要要保保证证发发送送信信号号在在接接收收端端能能被被正确接收，一般须采用数据同步技术。正确接收，一般须采用数据同步技术。常用的常用的同步技术同步技术有两种：有两种： 异步传输、同步传输异步传输、同步传输（1 1）异步传输）异步传输异步传输方式中，发送的每一个字符均带有起始位、异步传输方式中，发送的每一个字符均带有起始位、停止位、和可供选择的奇偶校验位。停止位、和可供选择的奇偶校验位。起始位表示开始，停止位表示字符结束，构成一起始位表示开始，停止位表示字符结束，构成一帧帧。传输中，每个字符都要用起始位和结束位，占用时间传输中，每个字符都要用起始位和结束位，占

10、用时间 异步通信的格式异步通信的格式一般信息帧一般信息帧ASCII码帧码帧（2）同步传输）同步传输同步传输方式中，在数据快的开始处集中使用同步传输方式中，在数据快的开始处集中使用同步字符来作为传送的开始。同步字符来作为传送的开始。同步字符同步字符SYNSYN是特殊的码元组合，通知接收装置是特殊的码元组合，通知接收装置一个字符块的开始。一个字符块的开始。控制字符可包括帧的长度。控制字符可包括帧的长度。 6-3 6-3 串行数据通信接口串行数据通信接口变电站综合自动化系统的串行数据通信主要是变电站综合自动化系统的串行数据通信主要是数据终端设备数据终端设备DTE (Data Terminal Equ

11、ipment)数据电路端接设备数据电路端接设备DCE (Data Circuit-terminal Equipment)RTU计量表计量表图形设备图形设备计算机计算机直接发送和接收数据的设备直接发送和接收数据的设备调制解调器调制解调器1、EIA-RS-232C接口接口美国电子工业协会美国电子工业协会EIAEIA制定制定机械特性机械特性选用选用DB25DB25的结构，作为其连接器的结构，作为其连接器DTEDTE采用针式结构，采用针式结构，DCEDCE采用孔式结构采用孔式结构电气特性电气特性RS-232CRS-232C采用负逻辑工作采用负逻辑工作 逻辑逻辑“1”“1”用负电平（用负电平（-5-15

12、V-5-15V）表示）表示 逻辑逻辑“0”“0”用正电平（用正电平（+5+15V+5+15V）表示）表示接口信息速率接口信息速率 20 kbps 20 kbps，常用，常用300300、600600、12001200、24002400、48004800、9600 bps9600 bps信号线上总负载电容信号线上总负载电容不超过不超过2500pF2500pF，通常多芯，通常多芯电缆具有电缆具有150pF/m150pF/m的电容，所以最大传输距的电容，所以最大传输距离是离是15m.15m.功能特性功能特性信号线信号线 数据线、控制数据线、控制线、定时线、地线线、定时线、地线 控制线（握手线）控制线

13、（握手线）用于用于DTEDTE与与DCEDCE间的联系间的联系 定时线用于同步通定时线用于同步通信方式信方式RS-232CRS-232C引脚信号引脚信号 DB25RS-232CRS-232C接口常用引脚的信号名称和功能接口常用引脚的信号名称和功能RS232 DB9 pinoutDEC MMJ pinoutRS232 DB9 to DB25 converter25 pin RS232 Card8250通用异步接收通用异步接收/发送芯片发送芯片Universal Asynchronous Receiver/Transmitter9 pin RS232 Card1488芯片芯片电压转换及电压转换及反

14、向反向1489芯片芯片电压转换及反向电压转换及反向2、EIA-RS-422A/423A接口标准接口标准RS-232C RS-232C 发送和接收公发送和接收公用一根地线用一根地线共模信号不可避免进入共模信号不可避免进入信号传输系统信号传输系统RS-422A RS-422A 平衡驱动和平衡驱动和差分接收差分接收消除信号地线，抗干消除信号地线，抗干扰大大增强扰大大增强RS-423ARS-423A 差分接收器，差分接收器，接收器的另一端接发送接收器的另一端接发送信号地信号地3、EIA-RS-485接口标准接口标准RS-422RS-422标准的变形，电气特性相同标准的变形，电气特性相同RS-422RS

15、-422，全双工，两对平衡差分线，全双工，两对平衡差分线RS-485RS-485，半双工，一对平衡差分线，半双工，一对平衡差分线点对点远程通信电气连接图点对点远程通信电气连接图RS-422虚线虚线 RS485实线实线多点互连电气连接图多点互连电气连接图 RS485节约信号线，便于联网构成分布式系统节约信号线，便于联网构成分布式系统4、EIA-RS-232C、422A/423A、RS-485主要技术性能主要技术性能6-4 6-4 局域网技术应用局域网技术应用互连和通信互连和通信是局域网的核心是局域网的核心网络网络依据网络的属性分类依据网络的属性分类 拓扑结构：拓扑结构：点对点、星型、总线、环行点

16、对点、星型、总线、环行 软件：软件：网络操作系统网络操作系统Windows NTWindows NT、Windows 2000 Windows 2000 ServerServer 协议协议: : 协议软件协议软件TCP/IPTCP/IP、网卡驱动程序、网卡驱动程序 网络作用范围：网络作用范围： 局域网局域网LANLANLocal Area NetworkLocal Area Network，直径小，直径小于于10km10km 城域网城域网MANMANMetropolitan Area Network,Metropolitan Area Network,城市范围城市范围 广域网广域网WANWAN

17、Wide Area NetworkWide Area Network，远程网，远程网1、计算机网络体系结构与协议、计算机网络体系结构与协议（1 1）引例）引例邮政系统模型邮政系统模型分层分层 用户、邮局、运用户、邮局、运输输层间关系层间关系 相邻层通过接口联相邻层通过接口联系；系； 下层为上层提供服下层为上层提供服务；务； 具体细节对上层屏具体细节对上层屏蔽蔽协议（约定）协议（约定） 各层均有协议；各层均有协议； 对等层协议相同对等层协议相同 结构体系结构体系 各层次及其协议的各层次及其协议的集合集合 （2 2）计算机网络系统的体系结构）计算机网络系统的体系结构 层次结构层次结构计算机网络十分

18、复杂；计算机网络十分复杂；分解为若干个容易处理的子分解为若干个容易处理的子系统；系统；结构化设计；结构化设计；分层分层是系统分解的最好办法是系统分解的最好办法之一。之一。一般分层结构一般分层结构计算机网络的层次模型计算机网络的层次模型OSI网络分层参考模型网络协议设计者不应当设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而应把通信问题划分成多个小问题，然后为每一个小问题设计一个单独的协议。这样做使得每个协议的设计、分析、时限和测试比较容易。协议划分的一个主要原则是确保目标系统有效且效率高。为了提高效率，每个协议只应该注意没有被其他协议处理过的那部分通信问题；为了主协议的实现更加有效

19、，协议之间应该能够共享特定的数据结构；同时这些协议的组合应该能处理所有可能的硬件错误以及其它异常情况。为了保证这些协议工作的协同性，应当将协议设计和开发成完整的、协作的协议系列(即协议族)，而不是孤立地开发每个协议。在网络历史的早期，国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)共同出版了开放系统互联的七层参考模型。一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求(在协议栈的顶部)到网络介质(底部) ，OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。图2.1表示了OSI分层模型。应用层第七层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层第一层 OSI七层参考模型第一层:物理层负责最后将信息编码成

20、电流脉冲或其它信号用于网上传输。它由计算机和网络介质之间的实际界面组成，可定义电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码和数据传输用的连接器。如最常用的RS-232规范、10BASE-T的曼彻斯特编码以及RJ-45就属于第一层。所有比物理层高的层都通过事先定义好的接口而与它通话。如以太网的附属单元接口(AUI)，一个DB-15连接器可被用来连接层一和层二。第二层:数据链路层通过物理网络链路提供可靠的数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特征，其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。物理编址（相对应的是网络编址）定义了设备在数据链路层的编址方式；网络拓扑结构定义了设

21、备的物理连接方式，如总线拓扑结构和环拓扑结构；错误校验向发生传输错误的上层协议告警；数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧；流控可能延缓数据的传输，以使接收设备不会因为在某一时刻接收到超过其处理能力的信息流而崩溃。数据链路层实际上由两个独立的部分组成，介质存取控制（Media Access Control,MAC）和逻辑链路控制层（Logical Link Control,LLC）。MAC描述在共享介质环境中如何进行站的调度、发生和接收数据。MAC确保信息跨链路的可靠传输，对数据传输进行同步，识别错误和控制数据的流向。一般地讲，MAC只在共享介质环境中才是重要的，只有在共享介质环境中多个节点才

22、能连接到同一传输介质上。IEEE MAC规则定义了地址，以标识数据链路层中的多个设备。逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信，IEEE 802.2标准定义了LLC。LLC支持无连接服务和面向连接的服务。在数据链路层的信息帧中定义了许多域。这些域使得多种高层协议可以共享一个物理数据链路。第三层:网络层负责在源和终点之间建立连接。它一般包括网络寻径，还可能包括流量控制、错误检查等。相同MAC标准的不同网段之间的数据传输一般只涉及到数据链路层，而不同的MAC标准之间的数据传输都涉及到网络层。例如IP路由器工作在网络层，因而可以实现多种网络间的互联。第四层:传输层向高层提供可靠的端到端的网络

23、数据流服务。传输层的功能一般包括流控、多路传输、虚电路管理及差错校验和恢复。流控管理设备之间的数据传输，确保传输设备不发送比接收设备处理能力大的数据；多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上；虚电路由传输层建立、维护和终止；差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构；而差错恢复包括所采取的行动（如请求数据重发），以便解决发生的任何错误。传输控制协议（TCP）是提供可靠数据传输的TCP/IP协议族中的传输层协议。第五层:会话层建立、管理和终止表示层与实体之间的通信会话。通信会话包括发生在不同网络应用层之间的服务请求和服务应答，这些请求与应答通过会话层的协议实现。它还包括创建检查

24、点，使通信发生中断的时候可以返回到以前的一个状态。第六层:表示层提供多种功能用于应用层数据编码和转化，以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据加密模式。第七层:应用层最接近终端用户的OSI层，这就意味着OSI应用层与用户之间是通过应用软件直接相互作用的。注意，应用层并非由计算机上运行的实际应用软件组成，而是由向应用程序提供访问网络资源的API（Application Program Interface，应用程序接口）组成，这类应用软件程序超出了OSI模型的范畴。应用层的功能一般包括标识通

25、信伙伴、定义资源的可用性和同步通信。因为可能丢失通信伙伴，应用层必须为传输数据的应用子程序定义通信伙伴的标识和可用性。定义资源可用性时，应用层为了请求通信而必须判定是否有足够的网络资源。在同步通信中，所有应用程序之间的通信都需要应用层的协同操作。OSI的应用层协议包括文件的传输、访问及管理协议(FTAM) ，以及文件虚拟终端协议(VIP)和公用管理系统信息(CMIP)等。 网络协议网络协议 网络体系结构网络体系结构 计算机网络中，为使计算机之间或计算机计算机网络中，为使计算机之间或计算机与终端之间能正确地传递信息，必须在有关信与终端之间能正确地传递信息，必须在有关信息传输顺序、信息格式和信息内

26、容等方面有一息传输顺序、信息格式和信息内容等方面有一组约定或规则，这组约定或规则就是网络协议。组约定或规则，这组约定或规则就是网络协议。 网络协议三要素：语义、语法、规则网络协议三要素：语义、语法、规则 计算机网络的层次及其协议的集合计算机网络的层次及其协议的集合（3 3）网络系统结构参考模型）网络系统结构参考模型ISO/OSIISO/OSIOSI参考模型参考模型/OSI七层模型七层模型数据的实际传递过程数据的实际传递过程（4 4）OSIOSI基本参考模型各层功能基本参考模型各层功能2、局域网的基本概念、局域网的基本概念（1 1）局域网的特点）局域网的特点覆盖的地理范围小以微机为主要对象通常属

27、于某个单位或部门数据速率高管理方便价格低廉实用性强，使用广泛（2 2）局域网的分类）局域网的分类按拓扑结构分类按拓扑结构分类; ;按传输的信号分类按传输的信号分类: : 基带、宽带基带、宽带按网络使用的传输介质分类按网络使用的传输介质分类; ;按介质访问的控制方式分类按介质访问的控制方式分类 共享介质局域网、交换局域网共享介质局域网、交换局域网（3 3）局域网的组成）局域网的组成硬件硬件网络服务器网络服务器网络工作站网络工作站网卡网卡网络设备网络设备传输介质传输介质软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件3 3、局域网的参考模型与协议标准、局域网的参考模型与协议标准IEEE802提出的局域网参

28、考模型局域网参考模型（LAN/RM） 局域网大多采用共享信道，当通信局限于一个局域网内部时，任意两个局域网大多采用共享信道，当通信局限于一个局域网内部时，任意两个结点之间有唯一的链路，即网络层的功能可由链路层来完成，所以局域网中结点之间有唯一的链路，即网络层的功能可由链路层来完成，所以局域网中不单独设立网络层。高层功能由具体的局域网操作系统来实现。不单独设立网络层。高层功能由具体的局域网操作系统来实现。 局域网参考模型局域网参考模型LAN/RM中各层功能中各层功能物理层物理层为物理实体间提供发送和接收比特的能力，一为物理实体间提供发送和接收比特的能力，一对物理实体能确认出两个介质访问控制对物理

29、实体能确认出两个介质访问控制(MAC)子层实体间同等层比特单元的交换。子层实体间同等层比特单元的交换。实现电气、机械、功能和规程的匹配。实现电气、机械、功能和规程的匹配。提供发送和接收信号的能力，包括对宽带的频提供发送和接收信号的能力，包括对宽带的频带分配和对基带的信号调制。带分配和对基带的信号调制。数据链路层数据链路层负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道，传送带有校验的数据帧，采用差错控制和道，传送带有校验的数据帧，采用差错控制和帧确认技术。帧确认技术。两个子层：两个子层： 逻辑链路控制逻辑链路控制LLC （Logic Link Control）

30、 介质访问控制介质访问控制MAC （Medium Access Control）LLC子层子层向高层提供一个或多个逻辑接口（具向高层提供一个或多个逻辑接口（具有帧发和帧收功能）。发送时把要发送的数据有帧发和帧收功能）。发送时把要发送的数据加上地址和加上地址和CRC检验字段构成帧，介质访问控检验字段构成帧，介质访问控制时把帧拆开，执行地址识别和制时把帧拆开，执行地址识别和CRC校验功能，校验功能，并具有帧顺序控制和流量控制功能。并具有帧顺序控制和流量控制功能。MAC子层子层支持数据链路功能，并为支持数据链路功能，并为LLC子层提子层提供服务。支持供服务。支持CSMA/CD、token ring、

31、token bus等介质访问控制方式。具体功能包括：它将等介质访问控制方式。具体功能包括：它将上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反过程，将帧拆卸）、实现和维护进行相反过程，将帧拆卸）、实现和维护MAC协议、比特差错检验和寻址等。协议、比特差错检验和寻址等。CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access With Collision Detection IEEE802标准标准IEEE802委员会为局域网制定了一系列标准，委员会为局域网制定了一系列标准，通称为通称为IEEE802标准。标准。IEEE802.1标准标准 定

32、义了局域网的体系结构、网络定义了局域网的体系结构、网络管理和网际互连协议。管理和网际互连协议。IEEE802.2标准标准 定义了逻辑链路控制（定义了逻辑链路控制（LLC）子层）子层功能与服务。功能与服务。IEEE802.3标准标准 定义了定义了CSMA/CD总线介质访问控总线介质访问控制子层与物理层规范。制子层与物理层规范。IEEE802.4标准标准 定义了令牌总线（定义了令牌总线（token bus）介质访问控制子层与物理层规范。介质访问控制子层与物理层规范。IEEE802.5 标准标准 定义了令牌环（定义了令牌环（token ring)介质介质访问控制子层与物理层规范。访问控制子层与物理层

33、规范。IEEE802IEEE802各标准之间的关系各标准之间的关系4 4、共享介质局域网、共享介质局域网（Shared Lan ）IEEE802.2标准定义了三种：标准定义了三种：采用采用CSMA/CD介质访问控制方式的总线形局域网；介质访问控制方式的总线形局域网； （ CSMA/CD CSMA/CD 载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测）冲突检测）采用采用token bus介质访问控制方式的总线形局域网；介质访问控制方式的总线形局域网；采用采用token ring介质访问控制方式的环形局域网。介质访问控制方式的环形局域网。网络中所有结点共享一条公共通信传输介质网络中所有结点共享一条公共

34、通信传输介质（1）IEEE802.3 CSMA/CD访问控制法访问控制法 CSMA/CD数据发送原理数据发送原理载波监听总线载波监听总线即先听后发即先听后发（Listen Before Listen Before TalkTalk）总线冲突检测总线冲突检测即边听边发即边听边发（Listen while TalkListen while Talk）一种随机争用型一种随机争用型介质访问控制方法介质访问控制方法采用采用CSMA/CD方法的流程图方法的流程图CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access With Collision Detection IEEE802.3MA

35、C层帧格式层帧格式前导码：前导码：7 7个个8 8位字节组成，用于接收端的接收比特同位字节组成，用于接收端的接收比特同步，步，1010101010101010。帧前定界符帧前定界符 ： 1 1个个8 8位的字节组成，位的字节组成，1010101110101011。目的地址：目的地址：发送帧的接收站地址。发送帧的接收站地址。长度：长度：指示指示LLCLLC数据的长度。数据的长度。LLCLLC数据：数据：用于传输介质访问控制用于传输介质访问控制MACMAC子层的高层子层的高层逻逻辑链路控制子层辑链路控制子层LLCLLC的数据。的数据。帧校验：帧校验：采用采用3232位的位的CRCCRC校验。校验范

36、围：目的地址、校验。校验范围：目的地址、源地址、长度、源地址、长度、LLCLLC数据等字段。数据等字段。 数据接收数据接收节点的发送通过竞争获得总线的使用权。其他节点的发送通过竞争获得总线的使用权。其他节点都应处于接收状态。节点都应处于接收状态。当一个节点完成一组数据接收后当一个节点完成一组数据接收后判断接收帧的长度判断接收帧的长度。凡是接收帧长度小于规定帧的最小凡是接收帧长度小于规定帧的最小长度，必然是冲突后的废弃帧，接收节点丢弃已接收的数据，长度，必然是冲突后的废弃帧，接收节点丢弃已接收的数据，重新进入待接收状态。重新进入待接收状态。接收节点接收节点检查帧目的地址检查帧目的地址，匹配则接收

37、该帧，否，匹配则接收该帧，否则丢弃接收帧。则丢弃接收帧。进行进行CRCCRC校验校验。检查检查LLCLLC数据长度数据长度是否正确。是否正确。如正确，则如正确，则MACMAC子层将帧子层将帧中中LLCLLC数据送数据送LLCLLC子层，进入子层，进入“成功接收成功接收”结束状态。结束状态。CSMA/CD方式的主要特点方式的主要特点原理比较简单，技术上容易实现。原理比较简单，技术上容易实现。网络中各节点处于同等地位，竞争传输介网络中各节点处于同等地位，竞争传输介质。不提供优先级控制。质。不提供优先级控制。负荷较大时，等待时间较长。负荷较大时，等待时间较长。适合办公自动化等数据传输实时性要求不适合

38、办公自动化等数据传输实时性要求不严格和通信负荷较轻的应用环境。严格和通信负荷较轻的应用环境。（2） IEEE802.5 令牌环访问控制法令牌环访问控制法Token Ring Token Passing Ring环行网络；环行网络；基带网；基带网；采用单令牌（或双令牌）采用单令牌（或双令牌）的令牌传递方式。的令牌传递方式。令牌令牌（TokenToken）也叫通行证）也叫通行证特殊的格式和标志，是一个或几个二进制数特殊的格式和标志，是一个或几个二进制数组成的码组成的码令牌有令牌有“忙忙”和和“空空”两个状态两个状态接收接收 每一结点随时检测经过本结点的信包，当查每一结点随时检测经过本结点的信包，当

39、查到信包指定的地址与本结点地址相符时，则一面拷到信包指定的地址与本结点地址相符时，则一面拷贝全部信息，一面继续转发信息包。环上的帧信息贝全部信息，一面继续转发信息包。环上的帧信息绕网一周，有源发点予以回收。绕网一周，有源发点予以回收。令牌环基本工作过程令牌环基本工作过程发送发送 结点检测到一结点检测到一个经过的令牌为个经过的令牌为“空空”时，以时，以“帧帧”为单为单位发送信息，并将令位发送信息，并将令牌置为牌置为“忙忙”标志附标志附在尾部向下一结点发在尾部向下一结点发送。送。（3） IEEE802.4 令牌总线访问控制法令牌总线访问控制法Token Bus Token Passing Bus主

40、要用于总线形或树形网络。主要用于总线形或树形网络。网络工作前，要对系统初始化，以形成逻辑环路。网络工作前，要对系统初始化，以形成逻辑环路。网络环形成后，令牌的控制类似网络环形成后，令牌的控制类似Token Ring。令牌总线物理结构令牌总线物理结构令牌总线逻辑结构令牌总线逻辑结构5 5、交换局域网、交换局域网核心部件：核心部件：局域网交换机局域网交换机可以在它的可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。多个端口之间建立多个并发连接。交换局域网的特点：交换局域网的特点：允许多站点同时通信，每个站点可以独占传输允许多站点同时通信，每个站点可以独占传输通道和带宽通道和带宽灵活的接口速率灵活的接口速率增

41、强了网络可扩充性和延展性增强了网络可扩充性和延展性易于管理，便于调整网络负荷的分布，有效地易于管理，便于调整网络负荷的分布，有效地利用网络带宽利用网络带宽交换以太网与以太网、快速以太网完全兼容，交换以太网与以太网、快速以太网完全兼容，无缝连接无缝连接可互联不同标准的局域网可互联不同标准的局域网交换以太网的结构示意图交换以太网的结构示意图局域网交换机结构与工作原理局域网交换机结构与工作原理交换机的交换机的“端口号端口号/MAC/MAC地址映射表地址映射表”可以根据可以根据端口与结点端口与结点MACMAC地址的对应关系建立起来。地址的对应关系建立起来。6-5 6-5 现场总线的应用现场总线的应用

42、（1 1）现场总线的定义）现场总线的定义( (四种四种) )用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向、多站的通信系统；全数字化的、双向、多站的通信系统；广义上是控制系统与现场检测仪表、执行装置进广义上是控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串行总线系统；行双向数字通信的串行总线系统；基于智能化仪表及现场总线的控制系统基于智能化仪表及现场总线的控制系统FCSFCS；一种数字化的串行双向通信系统。一种数字化的串行双向通信系统。1 1、概述、概述（2 2）现场总线的分类）现场总线的分类总线总线按照按照长度分类长度分类: :

43、1 1）毫米级：芯片内总线）毫米级：芯片内总线 2 2）厘米级：芯片间总线、元件总线）厘米级：芯片间总线、元件总线 3 3）分米级：机箱内总线（）分米级：机箱内总线（Multi-busMulti-bus、STDSTD、PCLPCL、ISAISA、PCIPCI等）等） 4 4）十米级：机柜间总线（）十米级：机柜间总线（RS232RS232、GPIBGPIB、VMEVME、VXIVXI等）等） 5 5）千米级：）千米级：现场总线现场总线（FFFF、ProfibusProfibus等）等）现场总线按照数据通信宽度分类现场总线按照数据通信宽度分类1 1）传感器现场总线（数据宽度为位）：）传感器现场总线

44、（数据宽度为位）： 适用于简单的开关装置和输入输出位的这类通适用于简单的开关装置和输入输出位的这类通信：信：SeriplexSeriplex总线、总线、AS-iAS-i总线等。总线等。2 2）装置现场总线（数据宽度为字节）：）装置现场总线（数据宽度为字节）： 适用于以字节为单位的装置类通信：适用于以字节为单位的装置类通信：InterbusInterbus总线、总线、DriveNETDriveNET总线和总线和CANCAN总线等。总线等。 3 3）全服务的现场总线（数据宽度为数据流或模块）全服务的现场总线（数据宽度为数据流或模块BlockBlock）：）： 以报文通信为主，除了对装置进行读取数据

45、外，以报文通信为主，除了对装置进行读取数据外，还包括一些对装置的操作和控制功能：还包括一些对装置的操作和控制功能：FFFF总线、总线、LonworksLonworks总线、总线、HartHart总线等。总线等。现场总线按照应用行业分类现场总线按照应用行业分类1 1）过程控制（连续生产过程）用现场总线：）过程控制（连续生产过程）用现场总线：FFFF的的HIHI、Profibus-PAProfibus-PA等等2 2）离散控制用现场总线：）离散控制用现场总线：Profibus-DPProfibus-DP、Device-NETDevice-NET等等3 3）楼宇自动化用现场总线：）楼宇自动化用现场总

46、线：LonworksLonworks等等4 4）车辆制造业用现场总线：）车辆制造业用现场总线：CANCAN等等5 5）飞机制造业用现场总线：）飞机制造业用现场总线：SwiftNetSwiftNet等等6 6）农业及养殖业用现场总线：）农业及养殖业用现场总线：P-NetP-Net等等（3 3）现场总线的本质）现场总线的本质1 1）现场通信网络）现场通信网络 用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络。表互连的通信网络。2 2）现场设备互连）现场设备互连 传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互

47、连。对传输线互连。3 3）互操作性）互操作性 现场设备或现场仪表种类繁多，互相连接不同制造商的现场设备或现场仪表种类繁多，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。性能价格比最优的产品，并将其集成产品是不可避免的。性能价格比最优的产品，并将其集成在一起，实现在一起，实现 “ “即接即用即接即用”;”;用户希望对不同品牌的现场用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，构成所需要的控制回路。设备统一组态，构成所需要的控制回路。4 4）分散功能块）分散功能块5 5）通信线供电）通信线供电 通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上获取能量，对于要求本征安全的低功耗现场仪

48、表，获取能量，对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可采用这种供电方式。可采用这种供电方式。6 6）开放式互连网络）开放式互连网络 既可与同层网络互连，也可与不同层网络互连，既可与同层网络互连，也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。不同制造商的网还可以实现网络数据库的共享。不同制造商的网络实现互连，用户通过网络对现场设备和功能块络实现互连，用户通过网络对现场设备和功能块统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体，统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体，构成统一的构成统一的FCSFCS。1 1）FCSFCS实现全数字化通信实现全数字化通信2 2）FCSFCS实现彻底的全分散式控制实现彻底

49、的全分散式控制3 3）FCSFCS实现不同厂商产品互联、互操作实现不同厂商产品互联、互操作4 4）FCSFCS增强系统的可靠性、可维护性增强系统的可靠性、可维护性5 5）FCSFCS降低系统工程成本降低系统工程成本（4 4） 现场总线的优点现场总线的优点( (优越性优越性) )（5 5） 现场总线与现场总线与RS232RS232、RS485RS485的本质区别的本质区别（6 6） 现场总线与计算机网络的区别现场总线与计算机网络的区别RS232RS232、RS485RS485只能代表通信的物理介质层和链路层，只能代表通信的物理介质层和链路层，编写应用程序，不符合编写应用程序，不符合ISO/OSI

50、ISO/OSI的规范，不通用。的规范，不通用。现场总线以现场总线以ISO/OSIISO/OSI模型为基础，具有完整的软件支模型为基础，具有完整的软件支持系统，通用。持系统，通用。现场总线是一种实时控制网络，连接自动化最底层的现场总线是一种实时控制网络，连接自动化最底层的现场控制器和现场智能设备，传输小批量数据信息。现场控制器和现场智能设备，传输小批量数据信息。局域网传输大批量的信息，实时性要求不高。局域网传输大批量的信息，实时性要求不高。现场总线强调在恶劣环境，计算机网络在办公场所。现场总线强调在恶劣环境，计算机网络在办公场所。2 2、 基金会现场总线（基金会现场总线（FFFF） Founda

51、tion FieldbusFoundation Fieldbus由现场总线基金会由现场总线基金会(Fieldbus Foundation)(Fieldbus Foundation)组组织开发，织开发， IEC61158 IEC61158标准。标准。工作在生产现场，适应本质安全防爆的要求，工作在生产现场，适应本质安全防爆的要求，通过传输数据的总线为现场设备提供工作电通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。源。开放性、互操作性。开放性、互操作性。一个自动化系统，网络通信是围绕完成各种一个自动化系统，网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。自动化任务进行的。（1 1） 基金会现场总线的主要技术基金

52、会现场总线的主要技术1) FF 1) FF 总线的通信技术总线的通信技术2) 2) 标准化功能块标准化功能块 (FB (FB，Function BlockFunction Block) )与功与功能块应用进程能块应用进程 (FBAP (FBAP，Function Block Function Block Application ProcessApplication Process) )3) 3) 设备描述设备描述 (DD (DD，Device DescriptionDevice Description) )与设与设备描述语言备描述语言( (DDL, Device Description DDL

53、, Device Description LanguageLanguage) )4) 4) 现场总线通信控制器与仪表或工业控制现场总线通信控制器与仪表或工业控制计算机之间的接口技术计算机之间的接口技术5) 5) 系统集成技术系统集成技术6) 6) 系统测试技术系统测试技术四个层次四个层次（2 2）FFFF通信模型通信模型各层功能各层功能物理层：物理层：信号如何发送；信号如何发送；数据链路层：数据链路层：如何在设备间共享网络和调度如何在设备间共享网络和调度通信；通信；应用层：应用层：在设备间交换数据、命令、事件信在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式；息以及请求应答中的信息格式

54、；用户层：用户层：组成用户所需要的应用程序，如规组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备描述，实现网络管理、定标准的功能块、设备描述，实现网络管理、系统管理等。系统管理等。（3 3） FF FF通信栈通信栈1 1） 数据链路层（数据链路层（DLLDLL）数据链路层数据链路层 (DLL (DLL，Data Link Layer)Data Link Layer)位于物理层与总位于物理层与总线访问子层之间，为系统管理内核和总线访问子层访线访问子层之间，为系统管理内核和总线访问子层访问总线媒体提供服务。问总线媒体提供服务。总线通信中的链路活动调度、数据的接总线通信中的链路活动调度、数据的接

55、收与发送、活收与发送、活动状态的探测与响应、总线上各设备间的链路时间同动状态的探测与响应、总线上各设备间的链路时间同步都是通过数据链路层实现的。步都是通过数据链路层实现的。每个总线段上有一个媒体访问控制中心，称为每个总线段上有一个媒体访问控制中心，称为链路活链路活动调度器动调度器 (LAS (LAS，Link Active Scheduler)Link Active Scheduler)。LASLAS具备链路活动调度能力，便可形成链路活动调度表，具备链路活动调度能力，便可形成链路活动调度表，并按照调度表的内容并按照调度表的内容 形成各类链路协议数据，链路活形成各类链路协议数据，链路活动调度是该

56、设备中心数据链路层的重要任务。动调度是该设备中心数据链路层的重要任务。FFFF通信设备与通信设备与LASLAS FFFF把通信设备分为三类把通信设备分为三类: :链路主设备、基本设备和网桥链路主设备、基本设备和网桥链路主设备是指那些有能链路主设备是指那些有能力成为链路活动调度器的力成为链路活动调度器的设备；而不具备这一能力设备；而不具备这一能力的设备则称为基本设备。的设备则称为基本设备。基本设备只能接收令牌基本设备只能接收令牌并做出响应，这是最基并做出响应，这是最基本的通信功能，因而可本的通信功能，因而可以说网络上的所有设备，以说网络上的所有设备，包括链路主设备，都具包括链路主设备，都具有基本

57、设备的能力。有基本设备的能力。当网络中几个总线进行当网络中几个总线进行扩展连接时，用于两个扩展连接时，用于两个总线段之间的连接设备总线段之间的连接设备就称之为网桥。就称之为网桥。2 2）现场总线访问子层）现场总线访问子层 (FAS) (FAS)现场总线访问子层现场总线访问子层 (FAS (FAS，Fieldbus Access Fieldbus Access Sublayer)Sublayer)是基金会现场总线通信参考模型中应是基金会现场总线通信参考模型中应用层的一个子层。用层的一个子层。总线访问子层总线访问子层FASFAS位于位于FMS FMS （Fieldbus Message Speci

58、fication）与数据链路层之间，把与数据链路层之间，把FMSFMS与数据链与数据链路层路层DLLDLL分隔开来，利用数据链路层的分隔开来，利用数据链路层的受调度通受调度通信信与与非调度通信非调度通信作用，为总线报文规范层提供作用，为总线报文规范层提供服务，对服务，对FMSFMS和和AP AP ( (Application Process)提供提供VCR VCR (Virtual Communication Relationship)的报文传送服务。的报文传送服务。受调度通信受调度通信链路活动调度器链路活动调度器 (LAS) (LAS)中有一张传输时刻表，这张时刻表对中有一张传输时刻表，这张

59、时刻表对所有需要周期性传输的设备中的所有数据缓冲器起作用。所有需要周期性传输的设备中的所有数据缓冲器起作用。非调度通信非调度通信LASLAS通过发布一个传输令牌通过发布一个传输令牌(PT-Pass Token)(PT-Pass Token)给一设备，允给一设备，允许该使用现场总线。当该设备接收到许该使用现场总线。当该设备接收到PT PT 时，它就被允许发时，它就被允许发送报文，直到它发送完毕或送报文，直到它发送完毕或“最大令牌持有时间最大令牌持有时间”到为止，到为止，无论哪一种时间都较短。无论哪一种时间都较短。3 3）现场总线报文规范）现场总线报文规范 （FMSFMS）子层）子层现场总线报文规

60、范现场总线报文规范 (FMS) (FMS)为用户应用服务，为用户应用服务，它以标志的报文格式集，在现场总线上相互它以标志的报文格式集，在现场总线上相互发送报文。发送报文。FMSFMS描述通信服务、报文格式和描述通信服务、报文格式和用户应用建立报文所必需的协议行为。用户应用建立报文所必需的协议行为。FMSFMS所包含的服务所包含的服务 （1 1）虚拟现场设备）虚拟现场设备(VFD)(VFD) （2 2）通信服务）通信服务 （3 3）上下文管理服务）上下文管理服务 （4 4）对象字典服务）对象字典服务 （5 5）变量访问服务）变量访问服务 （6 6）事件服务）事件服务 （7 7）上载）上载/ /下

61、载服务下载服务 （8 8）程序调用服务）程序调用服务3 3、 CAN CAN（控制器局部网）（控制器局部网） CAN Controller Area Net一种有效支持分布式控制或实时控制的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络串行通信网络传输介质为双绞线传输介质为双绞线用用CAN做工程的最大特点是做工程的最大特点是启动成本低启动成本低（1 1） CAN CAN总线的性能特点总线的性能特点CANBUS接口芯片支持接口芯片支持8位、位、16位位CUP,可以做成可以做成ISA、PCI总线的插卡任意插在总线的插卡任意插在PC、XT、AT兼兼容机上容机上 多主方式工作多主方式工作网络上的节点信

62、息分成不同的优先级，可满足不网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求同的实时要求非破坏性总线仲裁技术，两节点同时发送，优先非破坏性总线仲裁技术，两节点同时发送，优先级低的节点主动停止数据发送。级低的节点主动停止数据发送。可可以以点点对对点点、一一点点对对多多点点、及及全全局局广广播播方方式式传传送送和接收数据。和接收数据。节点数主要取决于总线驱动电路节点数主要取决于总线驱动电路短帧结构，每一帧的有效字节数为短帧结构，每一帧的有效字节数为8CRC校验及其他检错措施校验及其他检错措施（2 2）CANCAN的技术规范的技术规范CAN技术规范（技术规范（Version2.0）A和和B：

63、2.0A：CAN报文标准格式报文标准格式 2.0B：标准的和扩展的两种格式：标准的和扩展的两种格式CAN只采用了只采用了ISO/OSI模型中的物理层和模型中的物理层和数据链路层。数据链路层。物理层：物理层：物理信令（物理信令（PLS，Physical Signalling）物理媒体附件（物理媒体附件（PMA，Physical Medium Attachment）媒体接口（媒体接口（MDI，Medium Dependent Interface）数据链路层：数据链路层：逻辑链路控制子层（逻辑链路控制子层（LLC）媒体访问控制子层（媒体访问控制子层（MAC）CANCAN协议的分层结构协议的分层结构（

64、3 3） 报文的传送及其帧结构报文的传送及其帧结构在在进进行行数数据据传传送送时时，发发出出报报文文的的单单元元成成为为该该报报文文的发送器。的发送器。该单元在总线空闲或丢失仲裁前始终为发送器。该单元在总线空闲或丢失仲裁前始终为发送器。如如果果一一个个单单元元不不是是报报文文发发送送器器，并并且且总总线线不不处处于于空闲状态，则该单元就是接收器。空闲状态，则该单元就是接收器。构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRCCRC序列均借助位填充规则进行编码。序列均借助位填充规则进行编码。当发送器在发送的位流中检测到当发送器在发送的位流中检测到5 5位连

65、续的相同位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。补码位。数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不进行填充。进行填充。报文中的位流按照非归零码（报文中的位流按照非归零码（NRZNRZ）方法编码。）方法编码。报文传送由报文传送由4 4种不同类型的帧表示和控制：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；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；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

66、送；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超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。加延迟。(1) LonWorks(1) LonWorks技术特点技术特点支持支持OSIOSI七层模型的七层模型的LonTalkLonTalk通信协议通信协议神经元芯片神经元芯片基于基于LNSLNS（LonWorks Network Operating LonWorks Network Operating SystemSystem）的软件工具）的软件工具开放性开放性4、LonWorks（局部操作网络）（局部操作网络） 支持支持OSI七层模型的七层模型的LonTalk通信协

67、议通信协议LonTalk通信协议支持通信协议支持OSIRM的所有七层的所有七层模型，是直接面向对象的网络协议。模型，是直接面向对象的网络协议。LonTalk协议通过神经元芯片实现，不仅提供协议通过神经元芯片实现，不仅提供介质存取、事务确认和点对点通信服务；还介质存取、事务确认和点对点通信服务；还提供一些如认证、优先级传输、广播组播提供一些如认证、优先级传输、广播组播消息等高级服务。消息等高级服务。 神经元芯片神经元芯片 (Neuron Chip)神经元芯片是神经元芯片是LonWorks技术的核心，它不仅是技术的核心，它不仅是LON总线的通信处理器，而且是具有总线的通信处理器，而且是具有I/O和

68、控制和控制的通用处理器。神经元芯片已提供了的通用处理器。神经元芯片已提供了LonTalk协协议的第议的第1-6层，开发者只需用层，开发者只需用Neuron C语言开发。语言开发。神经元芯片包括神经元芯片包括3个个8位位CPU、RAM、ROM、通、通信接口和信接口和I/O接口。接口。ROM中存储操作系统、中存储操作系统、LonTalk协议和协议和I/O函数库；函数库；RAM用于存储从网用于存储从网络上下载的配置数据和应用程序。络上下载的配置数据和应用程序。 基于基于LNS（LonWorks Network Operating System）的软件工具）的软件工具LonWorks技术有多种基于技术

69、有多种基于LNS的工具，用于的工具，用于LON网络的维护和组态。网络的维护和组态。LonMaker是图形化工具，用于图形绘制、系统是图形化工具，用于图形绘制、系统调试和网络的维修保养；调试和网络的维修保养；节点开发工具节点开发工具NodeBuilder；节点和网络安装工具节点和网络安装工具LonBilder；网络管理工具网络管理工具LonManage以及客户服务器网以及客户服务器网络构架络构架LNS技术。技术。 开放性开放性 LonWorks技术提供了开放系统设计平台，使技术提供了开放系统设计平台，使不同公司生产的同类不同公司生产的同类LonWorks产品可以互操产品可以互操互换。互换。Lon

70、Works产品的互操作标准由产品的互操作标准由LonMark协会制定。协会制定。(2) LonTalk(2) LonTalk七层协议七层协议 LonTalk LonTalk协议协议是是LONLON总线的专用协议，是总线的专用协议，是LonWorksLonWorks技术的核心。技术的核心。 它符合它符合1SO/OSI1SO/OSI参考模型的七层体系结构，参考模型的七层体系结构，即含有物理层、链路层、网络层、传输层、即含有物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。会话层、表示层和应用层。物理层：物理层：定义通信信道上位流的传输，它确定义通信信道上位流的传输，它确保源设备发送的位流准确

71、地被目的设备接收。保源设备发送的位流准确地被目的设备接收。 LonTalkLonTalk协议是基于传输介质的协议，不同的协议是基于传输介质的协议，不同的通信介质通信介质( (如双绞线、电力线等如双绞线、电力线等) )需有不同的需有不同的物理层协议支持。物理层协议支持。数据链路层：数据链路层：定义介质访问方法和单一信道定义介质访问方法和单一信道的数据编码。的数据编码。物理层的位流被分割成数据帧，物理层的位流被分割成数据帧，数据链路层定义源设备发送数据帧的时刻，数据链路层定义源设备发送数据帧的时刻，目的设备如何接收数据帧以及检测传输错误，目的设备如何接收数据帧以及检测传输错误，同时还定义优先级机制

72、以确保重要信息的传同时还定义优先级机制以确保重要信息的传送。送。支持多介质的通信，支持低速率的网络支持多介质的通信，支持低速率的网络MACMAC协议是协议是CSMACSMA（载波信号多路侦听）协议（载波信号多路侦听）协议的改进：带预测的的改进：带预测的PP坚持坚持CSMA CSMA (Predictive P (Predictive Ppresistent CSMA)presistent CSMA) MAC MAC协议是确定设备安全地传送数据包，协议是确定设备安全地传送数据包，减少冲突的控制算法减少冲突的控制算法 支持优先级支持优先级数据链路层分成数据链路层分成: LLC: LLC和和MACM

73、AC其中其中MACMAC子层子层: :网络层：网络层：定义设备名称和地址，源设备的定义设备名称和地址，源设备的报文如何选择路由到达一台或多台目的设备，报文如何选择路由到达一台或多台目的设备，以及当源设备和目的设备不在同一信道上时，以及当源设备和目的设备不在同一信道上时，如何确定报文路由。如何确定报文路由。传输层：传输层：确保可靠的报文传输。确保可靠的报文传输。 报文可以用三种服务方式进行数据交换：报文可以用三种服务方式进行数据交换： 应答方式、非应答重发方式、非应答方式应答方式、非应答重发方式、非应答方式会话层：会话层： 对较低层数据交换加以控制。对较低层数据交换加以控制。它支持远程它支持远程

74、操作，使用户可以对远程服务提出请求，并操作，使用户可以对远程服务提出请求，并接收对请示的响应；它还定义了一个认证协接收对请示的响应；它还定义了一个认证协议，使报文接收者确认发送者是否有权发送议，使报文接收者确认发送者是否有权发送该报文。该报文。提供会话层的请求应答机制提供会话层的请求应答机制LonTalkLonTalk协议的核心部分是传输层和会话层协议的核心部分是传输层和会话层LonTalk协议提供四种类型的报文服务：协议提供四种类型的报文服务：应答方式应答方式(acknowledge)请求响应方式请求响应方式(request/response)非应答重发方式非应答重发方式(unacknowl

75、edged repeated)非应答方式非应答方式(unacknowledged) 请求响应在请求响应在会话层会话层实现实现 其他三种都在其他三种都在传输层传输层实现实现应答方式应答方式(acknowledge)(acknowledge)：或者是或者是端对端端对端(end to end)(end to end)的应答服务的应答服务这是最可靠的服务方式这是最可靠的服务方式 当一个节点发送报文到另一个节点或一当一个节点发送报文到另一个节点或一个分组，每一个接收到报文的节点都分别向发个分组，每一个接收到报文的节点都分别向发送方应答，如果发送方在应答时间内没有全部送方应答，如果发送方在应答时间内没有全

76、部收到应答，发送方将重新发送该报文，重发次收到应答，发送方将重新发送该报文，重发次数和应答时间都是可选的。数和应答时间都是可选的。 报文应答服务是由神经元芯片的网络处报文应答服务是由神经元芯片的网络处理器理器(network processor)(network processor)完成的，不必由应用完成的，不必由应用程序来干预。报文传输号用于跟踪报文和应答程序来干预。报文传输号用于跟踪报文和应答信号，确保节点不会收到重复的报文。信号，确保节点不会收到重复的报文。请求请求/ /响应方式响应方式(request/response)(request/response)：与应答方式有相同的可靠性与应

77、答方式有相同的可靠性 当一个节点发送报文到另一个节点或一当一个节点发送报文到另一个节点或一个分组，每一个接收到报文的节点都分别向发个分组，每一个接收到报文的节点都分别向发送方响应，如果发送方在响应时间内没有全部送方响应，如果发送方在响应时间内没有全部收到响应，发送方将重新发送该报文，重发次收到响应，发送方将重新发送该报文，重发次数和响应时间都是可选的。数和响应时间都是可选的。 报文响应服务可以包含数据，是由应报文响应服务可以包含数据，是由应用处理器用处理器(application processor)(application processor)完成的，完成的，适合远程过程调用和客户服务器方式

78、的应用。适合远程过程调用和客户服务器方式的应用。非应答重发方式非应答重发方式(unacknowledged repeated)(unacknowledged repeated)：这是一种比较可靠的方式这是一种比较可靠的方式 当一个节点发送报文到另一个节点或当一个节点发送报文到另一个节点或一个分组时，不需要每一个接收到报文的节一个分组时，不需要每一个接收到报文的节点向发送方应答或响应，而采用重复多次发点向发送方应答或响应，而采用重复多次发送同一报文，使报文尽量可靠地被接收方收送同一报文，使报文尽量可靠地被接收方收到。到。 这种方式适合于节点较多的分组广播这种方式适合于节点较多的分组广播发送，从而

79、避免因节点响应或应答而使网络发送，从而避免因节点响应或应答而使网络过载。过载。非应答方式非应答方式(unacknowledged)(unacknowledged)：是最不可靠的一种方式是最不可靠的一种方式 当一个节点发送报文到另一个节点或当一个节点发送报文到另一个节点或一个分组时，不需要每一个接收到报文的节一个分组时，不需要每一个接收到报文的节点向发送方应答或响应，也不必重复多次发点向发送方应答或响应，也不必重复多次发送同一报文，只发一次即可。送同一报文，只发一次即可。 这种方式适合对可靠性要求不高，对这种方式适合对可靠性要求不高，对报文丢失不敏感，但需要速度较高、报文长报文丢失不敏感，但需要

80、速度较高、报文长度较长的应用场合。度较长的应用场合。 表示层：表示层： 定义报文数据的编码。定义报文数据的编码。报文可被编码为网络报文可被编码为网络变量、应用报文或外部帧。变量、应用报文或外部帧。应用层：应用层： 定义一种低层交换数据的公共语义解释，使定义一种低层交换数据的公共语义解释，使不同应用程序中的网络变量改变时，均能自动不同应用程序中的网络变量改变时，均能自动将更新的网络变量值下传将更新的网络变量值下传( (发送发送) )或上传或上传( (接收接收) )。应用层还定义了一个文件传输协议，用来传输应用层还定义了一个文件传输协议，用来传输应用程序间的传输流。应用程序间的传输流。LonTalk协议的表示层和应用层提供五类服务：协议的表示层和应用层提供五类服务：1) 网络变量的服务网络变量的服务2) 显示报文的服务显示报文的服务3) 网络管理的服务网络管理的服务4) 网络跟踪的服务网络跟踪的服务5) 外来帧传输的服务外来帧传输的服务