局域网技术比较及其在实时控制中的应用.docVIP

　　局域网技术比较及其在实时控制中的应用 　　【摘要】：分析比较了传统的局域网技术以太网和令牌网的特性和适用范围，说明对于有实时处理要求的信息管理系统，可采用两种技术的分层次的综合互连，以兼顾实时控制和办公管理的不同需求。 　　【关键词】：信道竞争技术；令牌传送协议；实时控制；服务质量(QoS) 　　 　　1．以太网与令牌网的特性分析与适用范围 　　传统的局域网技术标准主要有以太网（IEEE 802.3）、令牌总线网(IEEE 802.4)及令牌环网（IEEE 802.5）。以太网（IEEE802.3）采用CSMA/CD协议,它使用的是信道竞争技术，在轻负载时延迟小，重负载时因冲突发生频繁，而使延迟加大，甚至可能发送失败，即重负载时传送效率很低。令牌总线网（IEEE802.4） 和令牌环网（IEEE802.5）虽然拓扑结构不同，但都采用令牌传送协议，持有令牌的站点可占用信道来传输数据，令牌按顺序传递，该协议是无冲突协议，在轻负载是延迟较大，需要等待令牌的到来，而重负载时效率高，近乎100％。 　　以太网因其协议简单、使用方便而在信息管理方面得到广泛应用，成为局域网领域的流行标准。它在日常生活中用的最多， 发展 最快（10M/100M/1000M/10G）。但以太网本身的竞争协议造成的不确定性（对各工作站，不能保证在给定时间内获得发送权），使它不适用于实时处理领域，如实时生产调度、实时控制和实时信息处理（包括多媒体信息系统）等。它不能保证服务质量(QoS)，这是IEEE82.3/以太网最大的缺点，也是它们常受到挑战的原因。 　　实际上，以太网也在不断的改进技术，如全双工、交换式以太网都是为了克服CSMA/CD这个竞争协议的限制,提高系统的吞吐率和效率；还在原有的标准中增加了IEEE802.IP标准，提供了优先级的区分CoS(Class of Service)的功能，在 网络 拥挤时，以太网将优先转发高优先级的数据包。但这些局部改进仍不足以保证它的QoS。必威体育精装版推出的10G以太网放弃了CSMA/CD协议，应用范围从局域网扩展到城域网和广域网，但还是继承了以太网一贯的弱QoS特点。 　　IEEE802.4 和IEEE802.5都能保证工作站在给定时间内获得发送权，而且还分别设置了数据优先级和工作站的优先级因此，因此可实现有保障的可分级的数据传送服务，它们能够保证实时性和可靠性。现在自动化领域积极采用的现场总线技术，也使用了类似的令牌传送协议，以保证信息传输的实时性强，可靠性高。 　　因此，IEEE802.3/以太网常用于办公自动化，以及MIS系统等应用中。而IEEE802.4 和IEEE802.5可以用于实时控制。对于有实时处理要求的信息管理系统，如 企业 的生产调度和管理系统、网上定购远程制作的实时管理系统等。可在网络体系结构上进行分级：底层（控制层）采用实时性能较好的协议技术，如令牌协议技术、现场总线技术；上层（信息层）采用信息管理的标准协议以太网技术，以便于接入互连网。 　　 　　2．实例说明-用于工厂自动化和办公自动化的局域网 　　下面先简单介绍应用于工厂自动化中的MAP/TOP网。MAP/TOP网用于工厂自动化和办公室自动化局域网，MAP是Manufacturing Automation Protocal的缩写，TOP是Technical and Office Protocal的缩写。MAP是美国通用汽车公司GM提出的一种用于生产自动化的局域网协议，而TOP是由美国波音公司开发的一种用于办公室自动化的局域网协议。产生MAP和TOP的背景十分相似。在通用汽车公司有40，000个可编程序的设备，可是这些设备来自很多不同的厂家，其中只有15%可互相通信，几乎有50%的自动化投资用来解决这种设备间无法通信的不兼容问题，于是从1980年开始GM开始着手开发指定一种使用于工厂的局域网协议标准，并于1982推出第一个MAP版本MAP1.0，与此同时，波音公司也遇到类似的问题，1980年，波音公司有45台主机，400台小型机以及近20.000台工作站或终端，这些设备来自85个不同厂商，1982年波音公司开始着手开发制定用于办公自动化的局域网协议，此后，分别建立了MAP拥护协会和TOP拥护协会，并于1986年合并成MAP/TOP协议中相当一部分是和ISO/OSI的协议标准兼容，它也是七层结构。 　　由于集成制造系统各部分对通信要求的差别很大，采用单一的ISP/OSI模型是不实际的，应该根据不同的要求选择不同的 网络 ，并且通过网络互连构成一个综合的通信网络，以达到优化的结果。例如，在实时控制情况下，网络通信的响应时间在毫秒级，但是每次传送的数据量很小，而在工厂办公室环境下， 计算 机节点之间往往有大量数据需要传