關于隧道內(nèi)環(huán)網(wǎng)Controller Link和Ethernet的比較
| 在介質(zhì)訪問控制上,以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線有本質(zhì)區(qū)別。介質(zhì)訪問控制要求通信的實時性和確定性。確定性是指站點每次得到的網(wǎng)絡服務間隔和時間是確定的，實時性是指網(wǎng)絡分配給站點的服務時間和間隔可以保證站點完成它確定的任務。 以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制(Media Access Control，即MAC)方式是CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect），即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測方法。CSMA/CD是一種爭用型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。它起源于美國夏威夷大學開發(fā)的ALOHA網(wǎng)所采用的爭用型協(xié)議，并進行了改進，使之具有比ALOHA協(xié)議更高的介質(zhì)利用率。CSMA/CD是一種分布式介質(zhì)訪問控制協(xié)議，網(wǎng)中的各個站（節(jié)點）都能獨立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收。每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，首先要進行載波監(jiān)聽，只有介質(zhì)空閑時，才允許發(fā)送幀。這時，如果兩個以上的站同時監(jiān)聽到介質(zhì)空閑并發(fā)送幀，則會產(chǎn)生沖突現(xiàn)象，這使發(fā)送的幀都成為無效幀，發(fā)送隨即宣告失敗。每個站必須有能力隨時檢測沖突是否發(fā)生，一旦發(fā)生沖突，則應停止發(fā)送，以免介質(zhì)帶寬因傳送無效幀而被白白浪費，然后隨機延時一段時間后，再重新爭用介質(zhì)，重發(fā)送幀。 根據(jù)CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)機理，它不能滿足工業(yè)網(wǎng)絡通信的實時性和確定性要求。以太網(wǎng)的這種技術內(nèi)涵使得它只適合于應用在信息層網(wǎng)絡上，即一般控制層網(wǎng)絡到管理信息層(如監(jiān)控中心，系統(tǒng)調(diào)度機房等)這種大數(shù)據(jù)量，實時性要求不高的場合。 Controller Link現(xiàn)場總線使用的是令牌(Token)機制保證實時性和確定性。Controller Link總線有令牌總線方式和令牌環(huán)網(wǎng)兩種組網(wǎng)方式。令牌環(huán)網(wǎng)方式不僅具有自愈冗余功能,在介質(zhì)訪問控制(MAC)上也具有以太網(wǎng)不具備的實時性和控制性要求。 下面介紹一下令牌環(huán)網(wǎng)的機理。典型的令牌環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡組成結構如下： 令牌環(huán)網(wǎng)和IEEE 802.5是兩種最主要的基于令牌傳遞機制的網(wǎng)絡技術（其它還包括FDDI等）。令牌傳遞網(wǎng)絡采用一種被稱為令牌的特殊幀在網(wǎng)絡中傳遞數(shù)據(jù)。獲得令牌的節(jié)點可以向網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)。如果接收到令牌的節(jié)點不需要發(fā)送任何數(shù)據(jù)，將會把接收到的令牌傳遞給網(wǎng)絡中下一臺終端站。每臺工作站保留令牌的時間不得超過網(wǎng)絡規(guī)定的******時限。 如果一臺網(wǎng)絡工作站需要發(fā)送數(shù)據(jù)，那么首先必須獲取在網(wǎng)絡中傳遞的令牌，然后更改令牌幀中的特定比特位，把令牌幀設為所要發(fā)送信息的起始幀，最后把信息附在令牌幀之后傳遞給網(wǎng)絡環(huán)路中的下一臺工作站。除非網(wǎng)絡支持令牌早期釋放功能，否則當信息幀沿環(huán)行網(wǎng)絡傳遞時，網(wǎng)絡中不會有任何令牌幀。也就是說其它需要發(fā)送數(shù)據(jù)的工作站必須等待信息幀傳遞完畢，令牌幀重新釋放之后才有機會獲得令牌幀發(fā)送自己的信息。因此，采用令牌環(huán)技術的網(wǎng)絡不會發(fā)生以太網(wǎng)那樣的信息碰撞。 信息幀沿環(huán)行網(wǎng)絡傳遞到達目標接收站，后者對所傳遞的信息進行復制，提交至下一步處理。原先的信息幀仍然會繼續(xù)沿網(wǎng)絡環(huán)路傳遞，最終返回發(fā)送方，由發(fā)送方將其從網(wǎng)絡中清除。發(fā)送方可以通過檢查返回的信息幀判斷信息是否已經(jīng)被目標接收方接收和復制。 與CSMA/CD網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）不同，基于令牌傳遞技術的網(wǎng)絡可以計算出任何一臺終端站在能夠傳遞數(shù)據(jù)之前所需要等待的最長時間。這一特點結合令牌環(huán)網(wǎng)本身所具有的較高的可靠性使令牌環(huán)網(wǎng)非常適合在能夠?qū)W(wǎng)絡延時做出準確預測和需要強魯棒性網(wǎng)絡運行能力下使用。例如，生產(chǎn)廠房中的自動化系統(tǒng)多采用令牌環(huán)技術組網(wǎng)。 令牌環(huán)網(wǎng)采用了一種較為復雜的優(yōu)先級系統(tǒng)，允許某些由用戶指定的具有較高級別的工作站優(yōu)先使用網(wǎng)絡。只有那些具有與令牌相同或更高優(yōu)先級別的工作站才可以獲得令牌。在令牌被獲取并被改換為數(shù)據(jù)幀之后，只有那些具有比數(shù)據(jù)幀發(fā)送方更高優(yōu)先級別的工作站才能夠預約在下一個循環(huán)周期中使用令牌。 令牌環(huán)網(wǎng)采用了一整套錯誤檢測和修復機制，用戶可以指定令牌環(huán)網(wǎng)中的任何一臺工作站作為主動監(jiān)控器，為其它工作站提供時鐘信息，同時執(zhí)行各種環(huán)路維護功能。例如，當信息幀的發(fā)送設備失效時，將無法清除已經(jīng)發(fā)出的信息幀，使信息幀在網(wǎng)絡環(huán)路中持續(xù)傳遞下去，影響其它工作站正常發(fā)送信息，并有可能最終導致整個網(wǎng)絡癱瘓。為了避免上述情況的發(fā)生，令牌環(huán)網(wǎng)中的主動監(jiān)控器可以及時檢測并清除網(wǎng)絡中出現(xiàn)的錯誤幀，并自動生成新的令牌發(fā)送到網(wǎng)絡當中。令牌環(huán)網(wǎng)所采用的星型拓撲結構對提高整個網(wǎng)絡的可靠性具有很大的幫助。因為令牌環(huán)網(wǎng)中的所有信息都可以通過主動式MSAU進行監(jiān)控，所以能夠及時的檢測出錯誤，并在需要的時候把出現(xiàn)問題的工作站從網(wǎng)絡環(huán)路中斷開。 令牌環(huán)網(wǎng)和IEEE 802.5網(wǎng)支持兩種最基本的幀的類型，分別是令牌幀和數(shù)據(jù)/命令幀。令牌幀的長度為3個字節(jié)，由幀首定界符，訪問控制字節(jié)和幀尾定界符三部分組成。數(shù)據(jù)/命令幀的長度不固定，視信息域的具體長度而定。其中，數(shù)據(jù)幀包含提供給上層協(xié)議使用的信息，命令幀包含控制指令信息。 網(wǎng)絡類型特點 Ethernet不太適用工業(yè)級應用，容易丟包，產(chǎn)生網(wǎng)絡堵塞 Controller Link不需要光端機，減少故障點，維護方便，采用令牌方式，防止網(wǎng)絡堵塞 在隧道監(jiān)控系統(tǒng)，隧道內(nèi)區(qū)域控制器環(huán)網(wǎng)應該具有自主控制能力，即一旦與監(jiān)控中心失去聯(lián)系，區(qū)域控制器網(wǎng)絡能自動或通過變電所觸摸屏手動控制隧道機電系統(tǒng)自動運行。從這個意義上講，采用Controller Link現(xiàn)場總線令牌環(huán)網(wǎng)尤為必要。 |
