_LonWorks技术及其应用_讲座_第8讲LonTalk网络通信协议

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net “ 口四 技术及其应用 ”讲座 第 讲 皿 目阮 网络通信协议 王俊杰 “ 技术及其应用 ”讲座 第 讲 网络通信协议 王 俊 杰 榭 春燕 清华大学自动化 系 , 北京 溯 助 协议是 助 政 技术的网络通信协议 , 它 遵循 由国际 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化组织 定义 的开放系统互连 参考模型 。 它提供 参考模型所定义的全部 七层服务 , 是支持 助沼物 节点间可靠通信和有效使 用通信介质的各种服务的集合 。 芯片的三个处 理器分别承担 七层协议的服务功能 , 表 详细列 出了这七层协议的有关内容 。 表 皿 ’ 协议层 层 目 的 提供的服务 应用层 应用相容性 表示层 数据解释 会话层 远程操作 运输层 端 一端可靠性 标准的网络变量形式 网络变量 , 不同帧进行 转换 请求 响应 , 网络管理 授权 与不授权 , 排 队 , 重复 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 地址 , 路由器 数据解 码 , 校 验 , 冲撞检测与避免 , 优先权 等 介质接 口 , 调制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 处 理 器 应用处理器 网格处理器 网络处理器 网络处理器 网络层 路由控制 链路层 介质访问等 网络处理器 介质访问处 理器 物理层 电气连接 介质访间处 理器 物理信道 助 乳肤 协议支持由不同介质组成的网 , 支持的传 输介质有双绞线 、 电力线 详附 、 红 外线 习此 、射频 习 甲 、 同轴电缆 石 和光纤 等 。 每一个 肠 。比 节点都 物理连接到信道上 , 信道为通信包的物理传输介质 。 一个 肠 政 网由一条或多条信道组成 , 多条信道之 间由路由器连接 。 信道的位传输速率取决于介质和收发器的设计 , 综合考虑传输距离 、吞吐量 、节点电耗和成本后 , 可 以 在一种介质上安装不同位率的收发器 。 给定信道的传 输吞吐量受包括信道位率在 内的几个 因素影响 , 低位 率或长包时 , 通信包传输时间和平均介质访问延 时都 限制了通信包吞吐量的上限 , 高位率或短包时 , 芯片的包处理能力又限制了信道性能 。 编址及寻址方式 助 目 协议唯一地确定了 助 数据包的源节 点和 目的节点的地址 。 助 协议定义 了一种使用 域 扭 、子网 和节点 的分级编址方 式 。 使用这种方式编址 , 替换网 中的节点变得非常简 单 , 只需将替代节点的地址编成与原节点一致 , 不需进 行其它任何修改 。 为了便于进一步对多个分散的节点 寻址 , 肠 协 议 还 定 义 了 另 外 一 类 使 用 域 和 组 旧 地址的寻址方式 。 域 日 一条或多条信道 中节点的逻辑集合 , 为地址分级 结构中的最高级 。 其 为系统标识符 。 域形成一虚 拟网 , 只有同一虚拟网中的节点可 以互相通信 。 当信 道上存在多个子网时 , 使用域地址可 以避免不同网节 点间的干扰 。 如不 同的 助 研勺由 网络使用一条共享 的无线射频媒体 , 不同的域标识可 以使网络之间互不 干扰 。 助 节点最多 可 以 属 于 两个域 。 玩 协议不支持域间通信 , 但属于两个域的节点可 以作为 网关应用 , 通过其上 的应用程序进行通信包的传送 。 域 可 以配成 , , , 字节 。 网络 中最多可 以包括 沙个域 。 子网【砚山理 地址分级结构的第二级 。 一个域可 以拥有 个 子网 , 一个子网可 以拥有 个节点 。 子网 中的节点 必须在同一段上 , 子网不能穿过智能路由器 , 也就是说 路由器两端的节点分属不同的子网 。 若节点被配置成 属于两个域 , 则该节点必须属于每个域的子网 。 一个 域中的所有节点一般都配置在一个子网中 , 除非是节 点属于不同段 , 并且存在智能路由器或者是节点数大 于 。 节点 既 地址分级系统的第三级 。 子网中的节点具有唯一 的节点号 , 为 位 , 最大值 为 。 一个域可 以拥有 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 《自动化仪表 第 卷第 期 年 月 二 犯 个节点 , 这是 目前为止 助 从勺 控制 网络能够提供的最大节点数 。 组 邵 , 域中节点的逻辑集合 。 与子网不同 , 属于 同一组 的节点可以分布在一个域中的任何物理位置 , 所以组 的范围可跨越路 由器 。 一个域最多可指定 个组 , 一个组最多可赋予 个节点确认消息服务 , 一个节点 最多属于 巧 个组 。 组结构可 以使 助 由 网络节点 有效地利用网络带宽 , 实现一对多的网络变量和信息 标签的传递 。 他 叮 每一个节点上 的 芯片在生产时都被标上 唯一 位 , 该 一般在安装和配置过程 中作为网 络地址 。 若节点替换和网络容量不成问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 , 则该 也 可用在应用程序消息中。 网络节点可 以使用 种编址方式 见表 , 整个 地址长度为表中的地址长度 域 长度 一 字节 。 向前进 。 学习式路 由器和 配置式路 由器均为智能式路 由 器 , 它们可以分离段的通信量以增加系统容量 , 提高系 统可靠性 。 寻址方式 ① 单独寻址 将消息送到某单个节点 ② 多点寻址 对节点编组后 , 将消息送到某组节 点 , 可以优化带宽使用 ③ 广播寻址 将消息发送到某个子网或整个域 。 数据容 助 日 协议的表示层 中的数据为网络变量 。 一 个运行的 应用程序的节点 , 最多可 以说明 个网络变量 , 其中包括数组元素 。 一个网络变量可 以 是 帅 变量或结构 , 其最大长度可达 个字节 。 最多 个字节的数组可以 被嵌人一个结构中并作为 一个网络变量来传播 。 应用报文消息最多可达 个 字节 。 数据文件最多 字节容量 。 表 网络节点编址方式 编 址 方 式 说 明 地址长度 字节 域 子网 二 域 , 子网 域 , 子网 , 节点 域 , 组 域 浏 〕 所有节点都在域中 所有节点都在子网中 一个子网拥有特殊节点 所有节点都在组中 特殊节点 基本报文服务 协议提供 种基本报文服务 ① 端对端确认服务 ② 请求 应答服务 ③ 无确认重复服务 ④ 无确认服务 。 路由器 连接 个信道并确定信道中通信包的路由 , 可以 采用以下 种算法 ① 中继器 最简单的形式 , 使通信包在 相同介质信道间正向前进 。 ② 桥 妙 域匹配情况下通信包在两信道间 正向前进 。 由桥 或 中继 器连 成 的信道 集合 为一 个段 , 一个子网利用桥和 中继器可 以同时存在于多条 信道中 。 ③ 学习式路由器 五 可用来监视网 络变量 , 学习网络在域及子网上的布局 , 然后用其所学 知识选择性确定通信包的路由 。 学习网络拓扑时产生 的初始通信流会引起拥挤问题 。 若网络拓扑存在 “ 闭 环 ” 在电力线 , 无线射频中 , 则学习到的网图不一定 准确 。 学习式路由器不能学习组拓扑 , 使用组地址的 通信包可能不能正向前进 。 ④ 配置式路由器 浦剖此 通过咨询其 内部路由表确定能信包的路由 。 内部路由表通过网络 管理工具进行定义 , 该路 由器可 以使组编址通信包正 网络管理服务 网络管理消息支持下列服务 ① 寻找未配置节点和卸载网络地址 ② 停止 、启动 、复位节点应用程序 ③ 访问节点通信统计量 ④ 配置路由器 ⑤ 卸载新应用程序 ⑥ 抽取运行网的拓扑图 ⑦ 改变网络变量配置表 。 网络管理工具节点执行以上网络管理功能 。 在开 放环境中 , 网络管理工具角色 由 网络管理器 代替 。 该管理器是一个 包括定 义 、 配 置 、 装 载 、 控制 助 从勺改 网的工具 , 助 己 协议分析器可 用来监 视 、收集 、显示网络通信量和性能统计量 。 在生产系统 中 , 网络管理工具角色 由 助 码笋 安装工 具代替 , 可使用 肠 昭 软件定义用户化 安装简表 。 冲突检测和 算法 肠 肠政 协议使用其独有的冲突避免算法 , 该算法 《洲〕巫洛 叭们 叫 侣们图皿旧口 人们旧润 , , 却 , © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net “ 。时俩勺 抽 技术及其应用 ”讲座 第 讲 川 网络通信协议 王俊杰 在信道过载情况下使信道仍然能负载接近最大能力的 通过量 , 而不是由于过多的冲突而使通过量降低 。 当 使用支持硬件冲突检测的通信介质 如双绞线 时 , 当 收发器检测到冲突的发生 , 肠 毛刃 协议可 以有选择地 取消数据包的传输 。 它允许节点立刻重新发送被冲突 破坏的数据包 。 如果没有检测到冲突 , 假定使用的服 务为确认或请求 响应服务 , 节点将不得不等待重试时 间结束 , 才能知道节点没有接收到通信包的确认 , 这时 节点才重发该数据包 。 对于非确认服务 , 未检测到的 冲突意味着通信包没有被接收到并且不作任何重试 。 助们习 协议中的 以介质该问控制子层 采用 一种新型 载波侦听多路访问 算法 , 称为 卜戏 “ 带预测的 坚持 算法 , 这 种算法保留了 的优点 , 但对它进行了扩展 , 使它 更有利于控制的应用 。 算法要求节点在开始传送数据之前确认介 质是空闲的 。 然而 , 一旦检测到介质的空闲状态 , 每种 算法的行为是不同的 。 在网络数据交通量很大的情况 下 , 这导致了各种网络性能上存在着极大的差异 。 一 些 算法采用一种称作时间段的分离时间间隔的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 来实现对介质的访问 。 通过给每个节点使用特定 的时间段来限制其对介质的访问 , 从而大大降低了数 据包冲突的可能性 。 招 毗将介质访问权随机化 , 当一个节 点需要发送一个报文时 , 将以概率 给定一个随机时 间段 。 在 刀 目上协议中 , 对 算法作 了相应的改善 。 概率 尸 可 以根据网络负载进行动态 地调整 。 当网络空闲时 , 所有节点都只随机分布在 个时间段上 , 当估计到网络上的负载增加时 , 节点将分 布在更多的随机时间段上 。 时间段数量随 的上升 而增加 , 被称为估计信道积压工作量 , 代表下一次要 发送数据包的节点数 , 的范围为 一 。 的计算方 法为 发送节点将确认信号数据的期望值包含在通信 包中发送出去 , 所有节点收到通信包后根据期望值增 加估计信道积压工作量 , 每个通信包周期末估计信道 积压工作量减一 。 这种估计网络负载大小并进行动态 调整介质访问权的方法允许 玩 协议在轻载时只 有少量随机时间段 , 重载时拥有大量随机时间段 , 从而 达到轻载期间介质访问延时最小 、重载期间冲突最少 的目的 , 这就是所谓的 沈 玲 带 预测的 坚持 算法 。 预测调整了每个报文包之 间随机时间段的数量 , 预测值越高 , 随机分布的时间段 数量也越多 , 时间段数的增加降低了冲突的概率 。 若不使用确认服务 , 助 协议采用 尸 肠 的 玲 。 通过积极的管理冲突率 , 助 协议提供了支持多种介质通信 、低数据速率 、高网络负 载情况下网络性能的维护和大型 网络的高级 子 层 。 响应时间及其优化 系统响应时间受许多 因素影响 , 如传输介质的物 理特性 、收发器的性能 、通信量负载 、网络拓扑结构 、个 人消息传送及其它服务的选择 、各种协议服务参数的 设置 、组的大小 、优先级的使用和应用程序的响应时间 等等 。 肠 乳心 协议有选择地提供优先级 机制以 提高对重要数据包的响应时间 。 协议允许用户在信道 上分配优先时间段 , 它专用于具有优先级的节点 。 为 每个节点分配优先时间段 的网络管理工具可 以保证 有 , 且只有一个节点在信道上被赋给了一个特定的优 先级时间段 。 信道上 , 每个优先级时间段对每个报文 的传输至少增加了两位的时间 。 开销大小主要依据于 波特率 、晶振精确度和收发器的需要 。 在数据包周期 内的优先级部分 , 由于没有介质的竞争 , 配置有优先级 的节点比没有优先级的节点具有更快的响应时间 。 优 先级与冲突检测组合 , 使得响应时间有限而不是无限 的 。 分配给节点的优先级时间段用于从该节点发送的 所有具有优先级的数据包 。 从一个节点发送的一个 、 全部或一些包 , 可被标记为使用节点的优先级服务 。 节点内每个网络变量和报文标签都相应是优先级设 计 , 并可在编译时设置 。 对于网络变量 , 在安装过程中 和安装后可有选择地改变其优先级设计 。 较小的优先级数代表较高的优先级别 。 将节点的 优先级设为‘ ,’, , 表示该节点的任何通信包都不在优先 级时间段中传输 。 “ ”是为网络管理工具保留的 , 以保 证任何应用不能在一个信道停止由网络管理工具发出 的中断 。 应用节点优先级数可使用 一 。 证实 玩 及 协议支持证实服务 , 由证实报文的接收者 决定发送者是否被批准分送该报文 , 这可防止对节点 及其应用的非法访问 。 证实的使用配置给每个单独的 网络变量 , 网络管理事务也可选择为使用证实服务 。 证实由在安装时分配给节点的 位密钥实现 。 证实报文的发送者和接收者都对该密钥进行处理 。 当 一证实报文被发送 , 接收者要求发送者提供证实 , 每次 使用不同的随机数查问 , 然后 , 发送者使用该证实密钥 和来 自原始包的数据实现查问和响应的传输 。 接收者 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 《自动化仪表 第 卷第 期 年 月 将这个对查问的答复与它 自己对查问的转换做 比较 , 如果匹配则该事务成功 。 使用的转换算法被设计为即 使你知道 口令和响应 , 要推导 出密钥是什么也非常困 难 。 图 为进行证实的过程 。 节点 需要证实的报文被发送 随机口令数据被发送 两个节点娜使用它们的证塞密 钥和初始报文对口令进行转换 序协议在主应用程序和网络驱动程序之间定义了标准 报文格式 。 使用主处理器的节点被称为基于主机的节 点 。 完全在 芯片上运行应用程序的节点称为 基于 咖 芯片的节点 。 协议特点 助 欲 网络通信协议在传输速率 、 多 种信道支 持 、错误检测和寻址方式等方面的特点如表 所示 。 表 月司阮 协议的主要特点 节点 将它的转换结果与从节点 接 到的值进行比较 如果两者匹配 , 该收 报文被接收 转换匹配 口月二 节点 ‘月 ⋯ 时间 图 节点 与节点 的证实过程 网络界面 助 协议包括一个可选的网络接 口 协议 , 该协 议可 以用来支持在任何主处理器上运行 助 应 用 。 主处理器可以是任何微控制器 、微处理器和计算 机 。 主处理器管理 助 协议的第六层和第七层 , 并 使用 助 琪 味。 网 络 接 口 来 管理 第 一 层 到 第 五 层 。 肠 网络接 口 协议定义 了网络接 口 和 主处理之间 交换数据包的格式 。 在主处理器上运行的主应用程序通过网络驱动程 序与网络接 口 通信 。 网络驱动程序管理缓 冲区的分 配 、缓冲区与网络接 口 的数据传输 , 隔离应用部分与网 络接 口 链路层协议之间的差异 。 助 目 网络驱 动程 避免过载机制 高吞吐量 支持多介质 每数据祯进行错误检测 地址空间大 多种寻址模式 路由选择透明 可调性能 确定性能 响应时间快 安全性 互操作性 进行预测的介质访问 速率高至 弓 包 双绞线 , 无线射频 , 电力线等 位 校验 最多 户个网络 , 网络可 节点 一对一 , 一对多 , 广播寻址 自动配置路由器 可配置的定时 计数器 可选择的优先级 应用节点对节点响应时间 、 可选的证实服务 实现标准数据格式和对象 助 日 网络通信协议是 助 从 技术的核心 内 容之一 , 它提供 了 参考模型所定义的全部七 层服务 , 这是任何其它总线技术所不具备的 。 另外 , 它 在拓扑结构 、寻址方式 、 冲突检测 、 响应优先级和报文 服务等方面都具有 自己独特的技术优势 , 因而它可 以 支持一个多节点 、多信道 、不同速率和高负载的 自由拓 扑结构的大型监控网络可靠地工作 。 而 助 肠业 通信 协议的所有 内容 , 都已 固化在小小的 芯片中 , 开发者并不需要知道它的细节 。 上接第 页 了高速连续采样的方法 , 使核子传感器对料型 的变化 不敏感问题得到了较好的弥补 。 ⑧ 对系统的故障设计了多种检测 、报警手段 。 强 电控制柜设计了对供电系统 、 电机等故障检测 , 利用变 频器的故障处理功能进行故障判断 、处理 、报警 。 微机 系统根据采样信号进行分析 , 判断是否有故障情况 , 如 断料 、皮带机停转 、失控等 , 某一路有故障首先是该路 显示变成红色 , 一定时间后 或达到某值时 通过喇叭 报警 , 等经一定时间故障仍无消除 , 则 自动停止配料 , 保证配料精度 。 ⑨ 该配料系统的软件设计除适用于变频调速配 料系统外 , 对滑差电机配料系统也适用 , 也可以变频调 速与滑差 电机调速配料混合使用 。 只要在系统设置 时 , 设置成相应的调速方式就可 以 了 。 这样做可节约 用户的技改费用 , 充分利用原来的设备 。 ⑩ 输人参数方便 、打印报表灵活是该系统的设计 特点 。 有些参数可在线修改 , 减少停机 、启动次数 , 保 证配料精度 。 即可打印班表报 、 日表报 、 月表报 , 又 可 随机抽查某 日某月产量 , 表报数据可保存一年 。 参考文献 陈嘉庆 , 等编 工业控制计算机应用 例 北京 北京市新闻出 版局 , 卯 谢剑英编著 微型计算机控制技术 北京 国防工业出版社 , 空叭 北京 电气传动系统有限公司 巴 变频器用户手册 , 卯 赵负图 , 主编 国内外最新常用传感器和敏感元器件性能数据手 册 沈阳 辽宁科学技术出版社 , 望辫 望珍 年获陕西省教委科技进步二等奖 。 收稿 日期 侧巡〕一 一 公粥 山 侧田胭 刀贬几皿 城曰仃连们田叫 月 , , 仰 ,