IEEE802通信標準

  IEEE(國際電工與電子工程師學會)的802委員會于1982年頒布了一系列計算機局域網(wǎng)分層通信協(xié)議標準草案，總稱為IEEE802標準。它把OSI參考模型的底部兩層分為邏輯鏈路控制層(LLC)，控制層的媒體訪問(MAC)和物理傳輸層。前兩層對應OSI參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層是鏈路層(Link)通信兩端兩臺設(shè)備必須遵守的規(guī)則和協(xié)議。

  控制層的媒體訪問(MAC)控制傳輸媒體的訪問，實現(xiàn)幀的搜索和識別，檢測傳輸媒體的異常情況。邏輯鏈路控制層(LLC)用于在節(jié)點間對幀的發(fā)送、接收信號進行控制，同時檢驗傳輸中的差錯。MAC該層對應于三個已建立的標準，即帶有沖突檢測的載波調(diào)查(CSMA/CD)通信協(xié)議，令牌總線(TokenBus)和令牌環(huán)(TokenRing)。

  1.CSMA/CD

  CSMA/CD通信協(xié)議的基礎(chǔ)是Xerox等待公司開發(fā)的以太網(wǎng)(Ethernet)，早期的IEEE802.波特率為103Mbit/s，后來發(fā)布了100Mbit/s快速以太網(wǎng)IEE802.3u，1000Mbit/s千兆以太網(wǎng)IEEE802.3z，以及10000Mbit/s的IEEE802ae。

  CSMA/CD各站共享一條廣播式的傳輸總線，每個站都是平等的，采用競爭方式發(fā)送信息到傳輸線上，也就是說，任何一個站都可以隨時廣播報文，并為其他各站接收。當某個站識別到報文上的接收站名與本站的站名相同時，便將報文接收下來。由于沒有專門的控制站，兩個或多個站可能因為同時發(fā)送信息而發(fā)生沖突，造成報文作廢，因此必須采取措施來防止沖突。

  發(fā)送站在發(fā)送報文之前，先監(jiān)聽一下總線是否空閑，如果空閑，則發(fā)送報文到總線上，稱之為“先聽后講”。但是這樣做仍然有發(fā)生沖突的可能，因為從組織報文到報文在總線上傳輸需要一段時間，在這段時間內(nèi)，另一個站通過監(jiān)聽也可能會認為總線空閑，并發(fā)送報文到總線上，這樣就會因為兩個站同時發(fā)送而發(fā)生沖突。

  為了防止沖突，在發(fā)送報文開始的一段時間，仍然監(jiān)聽總線，采用邊發(fā)送邊接收的辦法，

  把接收到的信息和自己發(fā)送的信息相比較，若相同則繼續(xù)發(fā)送，稱之為“邊聽邊講”若不相同則說明發(fā)生了沖突，立即停止發(fā)送報文，并發(fā)送一段簡短的沖突標志(阻塞碼序列)，來通知總線上的其他站點。為了避免產(chǎn)生沖突的站同時重發(fā)它們的幀，采用專門的算法來計算重發(fā)的延遲時間。通常把這種“先聽后講”和“邊聽邊講”結(jié)合的方法叫CSMA/CD(載波偵聽多路訪問技術(shù)帶沖突檢測)，其控制策略是競爭發(fā)送、廣播傳輸、載體監(jiān)控、沖突檢測、沖突后退和再試發(fā)送。

  以太網(wǎng)首先在個人計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例如辦公自動化系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)(MIS)中得到了極為廣泛的應用，以太網(wǎng)的硬件(例如網(wǎng)卡、集線器和交換機)非常便宜。

  在以太網(wǎng)發(fā)展的初期，通信速率較低。如果網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備較多，信息交換比較頻繁，可能會經(jīng)常出現(xiàn)競爭和沖突，影響信息傳輸?shù)膶崟r性。隨著以太網(wǎng)傳輸速率的提高(100～1000Mbit/s)和采用了相應的措施，這一問題已經(jīng)解決，現(xiàn)在以太網(wǎng)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應用，大型工業(yè)控制系統(tǒng)最上層的網(wǎng)絡(luò)幾乎全部采用以太網(wǎng)。管理網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的整合很容易使用以太網(wǎng)。

  以太網(wǎng)僅僅是一個通信平臺，它包括ISO開放系統(tǒng)互聯(lián)模型的7層模型中的底部兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。即使增加上面兩層的TCP/IP，也不是可以互操作的通信協(xié)議。

  2.令牌總線

  IEEE802標準的工廠媒體訪問技術(shù)是令牌總線，其編號為802.4。它吸收了通用汽車支持的制造自動化協(xié)議(ManufacturingAutomationProtocol，MAP)的內(nèi)容。

  在令牌總線中，媒體訪問控制是通過傳遞一種稱為令牌的控制幀來實現(xiàn)的。按照邏輯順序，令牌從一個裝置傳遞到另一個裝置，傳遞到最后一個裝置后，再傳遞給第一個裝置，如此周而復始，形成一個邏輯環(huán)。令牌有“空”和“忙”兩個狀態(tài)，令牌網(wǎng)開始運行時，由指定的站產(chǎn)生一個空令牌沿邏輯環(huán)傳送。任何一個要發(fā)送信息的站都要等到令牌傳給自己，判斷為空令牌時才能發(fā)送信息。發(fā)送站首先把令牌置成“忙”，并寫入要傳送的信息、發(fā)送站名和接收站名，然后將載有信息的令牌送入環(huán)網(wǎng)傳輸。令牌沿環(huán)網(wǎng)循環(huán)一周后返回發(fā)送站時，如果信息已被接收站復制，發(fā)送站將令牌置為“空”，送上環(huán)網(wǎng)繼續(xù)傳送，以供其他站使用。

  如果在傳送過程中令牌丟失，則由監(jiān)控站向網(wǎng)內(nèi)注入一個新的令牌。

  令牌傳遞式總線能在很重的負荷下提供實時同步操作，傳輸效率高，適于頻繁、少量的數(shù)據(jù)傳送，因此它最適合于需要進行實時通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

  3.令牌環(huán)

  令牌環(huán)媒體訪問方案是IBM公司開發(fā)的，它在IEEE802標準中的編號為802.5，有些類似于令牌總線。在令牌環(huán)上，最多只能有一個令牌繞環(huán)運動，不允許兩個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌環(huán)從本質(zhì)上看是一種集中控制式的環(huán)，環(huán)上必須有一個中心控制站負責網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)的檢測和管理。

  4.主從通信方式

  主從通信方式是PLC常用的一種通信方式。主通信網(wǎng)絡(luò)只有一個主站，其他站都是從站。在主從通信中，主站是主動的。主站首先將請求幀(輪詢報告)發(fā)送到一個從站，然后才能將響應幀返回到主站。一般情況下，主站按事先設(shè)置的輪詢表排列順序?qū)恼具M行定期查詢，并分配總線使用權(quán)。每個從站在輪詢表中至少要出現(xiàn)一次，對實時性要求較高的從站可以在輪詢表中出現(xiàn)幾次，還可以用中斷方式來處理緊急事件。

  PROFIBUS-DP主站之間的通信是令牌模式，主站與從站之間的通信是主從模式。