分布式控制系統(tǒng)(DSC)9-第二章-DCS課件-1

1、課前提問課前提問 1 1、HS2000HS2000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (1) HS2000小型分布式控制系統(tǒng)配置 (2) HS2000M中型分布式控制系統(tǒng)配置 (3) HS2000L大型分布式控制系統(tǒng)配置 2 2、HS2000CASHS2000CAS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3 3、HS2000 MACSHS2000 MACSTMTM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第二章第二章 DCS DCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)第二章第二章 DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2.1 2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)概念及分類網(wǎng)絡(luò)概念及分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò):是通過通訊線路互連起來的自治的計(jì)算機(jī)集合。站或節(jié)點(diǎn):網(wǎng)絡(luò)中

2、的每個單元（計(jì)算機(jī)或其它可交換信息的設(shè)備）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類:遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)：分布在很大地理范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)；局部網(wǎng)絡(luò)：其站間距離只有幾公里遠(yuǎn)；緊耦合網(wǎng)絡(luò)或稱多處理機(jī)系統(tǒng)：中站間通信通過計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線完成。第二章第二章 DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)（1）傳輸介質(zhì)的特性： 物理描述：說明傳輸介質(zhì)的特征； 傳輸特性：模擬信號發(fā)送還是數(shù)字信號、調(diào)制技術(shù)、傳輸容量及傳輸頻； 連通性：點(diǎn)到點(diǎn)或者多點(diǎn)連接； 地理范圍：網(wǎng)上各點(diǎn)間的最大距離； 抗干擾性：防止噪音對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力； 相對價格：以元件、安裝和維護(hù)的價格為基礎(chǔ)；2.22.2網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì) （2 2）種類）種類 雙絞線雙絞線 同軸電纜同軸電纜 光導(dǎo)纖維

3、光導(dǎo)纖維 視線介質(zhì)簡介視線介質(zhì)簡介- -微波、微波、紅外線和激光紅外線和激光第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2.32.3局域網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)局域網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 2.3.1星型拓?fù)涞诙碌诙翫CSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 2.3.2總線拓?fù)?2.3.3環(huán)型拓?fù)涞诙碌诙翫CSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 2.3.4樹型拓?fù)涞诙碌诙翫CSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 2.3.5星型環(huán)拓?fù)涞诙碌诙翫CSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)課前提問課前提問 1 1、HS2000CASHS2000CAS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 2、HS2000 MACSHS2000 MACSTMTM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3 3、

4、網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì) 4 4、網(wǎng)絡(luò)存取控制方式類型、網(wǎng)絡(luò)存取控制方式類型 (1)存儲轉(zhuǎn)發(fā)式 1）問詢方式；2）存儲轉(zhuǎn)發(fā)式2.4.12.4.1網(wǎng)絡(luò)存取控制方式類型網(wǎng)絡(luò)存取控制方式類型 各分散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存取控制方式并不統(tǒng)一，大致有兩種類型，一種是存儲轉(zhuǎn)發(fā)式，另一種是廣播式。 (1) 存儲轉(zhuǎn)發(fā)式 問詢方式：由主節(jié)點(diǎn)依次問詢普通節(jié)點(diǎn)，普通節(jié)點(diǎn)把信息送給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)再把信息轉(zhuǎn)發(fā)給所需接收的普通節(jié)點(diǎn)。這種控制方式使信息響應(yīng)較慢。 存儲轉(zhuǎn)發(fā)式：在同一個時間內(nèi)，掛接在網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)都可發(fā)送信息和接收信息。當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時，該信息被環(huán)路中的每一個節(jié)點(diǎn)接收和轉(zhuǎn)送，即每個節(jié)點(diǎn)都要儲存檢查，最后回

5、到發(fā)送節(jié)點(diǎn)信息在發(fā)送節(jié)點(diǎn)被沖掉。 如Bailey 公司的Network-90系統(tǒng)的廠區(qū)環(huán)路就是采用這種存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式發(fā)送信息的。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2.42.4網(wǎng)絡(luò)的存取控制方式網(wǎng)絡(luò)的存取控制方式 (2) 廣播式 特點(diǎn)1：廣播式又可分為令牌、自由競爭、時間片等幾種方式。 特點(diǎn)2：廣播式的重要標(biāo)志是在同一個時間內(nèi)，只有一個節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息，而其他節(jié)點(diǎn)都在收聽信息。在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)和總線形網(wǎng)絡(luò)中采用廣播式比較多。 1）令牌方式：令牌控制方式是當(dāng)運(yùn)行開始時，一個被指定的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個空閑令牌它按某種預(yù)定方式逐個節(jié)點(diǎn)通過，持有令牌的節(jié)點(diǎn)有權(quán)發(fā)送信息，此時其他各節(jié)點(diǎn)只能接收信息。發(fā)送節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將信息送到環(huán)

6、路上(或總線上)，當(dāng)傳送結(jié)束時，發(fā)送節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個新的空閑令牌并將它傳送至下一個節(jié)點(diǎn)，這就是令牌式的廣播方式。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 自由競爭方式：自由競爭方式是接到網(wǎng)絡(luò)上的各個節(jié)點(diǎn)，自由競爭發(fā)送信息，即任何個節(jié)點(diǎn)，只要它打算發(fā)送信息，就可以隨時把信息播送出去，當(dāng)發(fā)生沖突時，發(fā)送信息都退回到原來節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過隨機(jī)延時后再重新發(fā)送信息。 時間片方式：時間片方式是把一段時間分成若干時間片，在一個時間片內(nèi)，某節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，在另一個時間片內(nèi)，另外一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。美國西屋公司的WDPF系統(tǒng)，把不到100ms的時間，分成254個時間片，每一個掛在網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)都占有一個時間片，在該時間片里，此節(jié)點(diǎn)發(fā)送

7、信息。由于每一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息只能是在時間片開始的時侯，所以這種方式的信道利用率相對地說比較低。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2.4.22.4.2令牌存取控制方式令牌存取控制方式（1 1）令牌傳送的工作過程）令牌傳送的工作過程 令牌令牌 是一個控制性標(biāo)志，通常由是一個控制性標(biāo)志，通常由8 8位二進(jìn)位二進(jìn)制符號組成，如制符號組成，如“11111111”“11111111”，任何一，任何一個節(jié)點(diǎn)獲得令牌后，就擁有發(fā)送信息的權(quán)個節(jié)點(diǎn)獲得令牌后，就擁有發(fā)送信息的權(quán)利，沒有令牌就只能等待。利，沒有令牌就只能等待。 幀幀 是傳送信息的基本單元是傳送信息的基本單元( (信息組信息組) )，有一，有一定的格式

8、。定的格式。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志標(biāo)志(FLAG)目的地址發(fā)送地址控制信息信息正文錯誤檢驗(yàn)肯定回答令牌(TOKEN) 令牌傳送的幀格式 令牌11111111 標(biāo)志lllllll0（2）環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中令牌傳送的情況 假定環(huán)形網(wǎng)絡(luò)如圖3-10所示，只包含4個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)A有信息要送往節(jié)點(diǎn)C，當(dāng)空閑令牌傳送到節(jié)點(diǎn)A時，A點(diǎn)檢測出令牌代碼并立即將令牌變?yōu)闃?biāo)志，插入信息送上環(huán)路，這時網(wǎng)絡(luò)中的信息分布情況如圖3-11(a)所示。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)（3）傳送監(jiān)控功能 令牌丟失：網(wǎng)絡(luò)通信陷入混亂，因此網(wǎng)中需要有發(fā)現(xiàn)令牌丟失和

9、恢復(fù)令牌的機(jī)構(gòu)。 辦法：采用一個計(jì)時器，某節(jié)點(diǎn)經(jīng)過一定時間沒有收到令牌時，就認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中的令牌已丟失，便重新產(chǎn)生一個新的令牌，如果收到兩個或兩個以上的令牌，就要設(shè)法去掉多余的令牌(目前的設(shè)計(jì)方案只允許一個令牌存在)。 孤兒幀 令牌預(yù)約和優(yōu)先級 令牌監(jiān)控幀 總線形網(wǎng)絡(luò)也可采用令牌方式，雖然物理位置不能構(gòu)成環(huán)形，但從令牌的傳遞順序，能把各節(jié)點(diǎn)連接成一個“邏輯環(huán)”。有關(guān)傳遞令牌的邏輯環(huán)配置，也可以改變，一個物理節(jié)點(diǎn)可以在邏輯環(huán)中多次出現(xiàn)，使它享有較高的發(fā)送信息權(quán)利。 為了防止令牌和標(biāo)志在幀內(nèi)部出現(xiàn)，需按規(guī)則插入一些填充位，例如，在發(fā)送信息時凡監(jiān)測到連續(xù)6個“l(fā)”，就由發(fā)送節(jié)點(diǎn)在它之后插入一個“0”比特

10、(二進(jìn)位)。但對令牌和標(biāo)志不進(jìn)行“0”比特插入，從而使得信息流中除了真正的令牌和標(biāo)志之外不會再出現(xiàn)連續(xù)7個“l(fā)”。在接收端，凡出現(xiàn)6個連續(xù)“1”之后的“0”比特均加以刪除，以恢復(fù)原信息。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)（4 4）令牌傳送的接口邏輯功能）令牌傳送的接口邏輯功能 令牌傳送的接口邏輯功能由網(wǎng)絡(luò)適配器中的軟、硬件完成。具體應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：具有節(jié)點(diǎn)撤消功能：由故障繼電器短路本節(jié)點(diǎn)使網(wǎng)絡(luò)直通；具有信息識別功能：識別令牌、標(biāo)志、地址等等；具有復(fù)制信息和肯定/否定應(yīng)答功能及差錯校驗(yàn)功能；具有信息發(fā)送和傳遞邏輯； 具有信息重發(fā)及移出數(shù)據(jù)邏輯。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)課前提問課前提問

11、1 1、令牌傳送方式基本原理、令牌傳送方式基本原理 2 2、令牌傳送的幀格式、令牌傳送的幀格式 3 3、網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì) 4 4、網(wǎng)絡(luò)存取控制方式類型、網(wǎng)絡(luò)存取控制方式類型 (1) 存儲轉(zhuǎn)發(fā)式 1）問詢方式；2）存儲轉(zhuǎn)發(fā)式2.4.32.4.3自由競爭式自由競爭式( (碰撞檢測方式碰撞檢測方式) ) 思路：任何節(jié)點(diǎn)只要準(zhǔn)備好傳送的信息就思路：任何節(jié)點(diǎn)只要準(zhǔn)備好傳送的信息就可向外發(fā)送?？上蛲獍l(fā)送。 問題：產(chǎn)生沖突，信息不能正確傳送。問題：產(chǎn)生沖突，信息不能正確傳送。 控制方案目的：解決如何盡量避免碰撞，控制方案目的：解決如何盡量避免碰撞，以及出現(xiàn)碰撞之后又如何進(jìn)行處理。以及出現(xiàn)碰撞之后

12、又如何進(jìn)行處理。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2.4.3.12.4.3.1載波監(jiān)聽多路訪問載波監(jiān)聽多路訪問Carrier Sense Carrier Sense Multiple Access(CSMA)Multiple Access(CSMA) 這種方法可看作是“先聽后講”。（1）CSMA控制方案： 一個站要發(fā)送，首先監(jiān)聽總線上是否有其它站的發(fā)送信號存在。 如果介質(zhì)是空閑的，則可以發(fā)送。 如果介質(zhì)是忙的，則等待一定間隔后重試。（2）CSMA的特點(diǎn)： 介質(zhì)的最大利用率取決于幀的長度和傳播時間。幀長越長，傳播時間越短，則介質(zhì)利用率越高。 仍然有發(fā)生碰撞的可能。因?yàn)榘l(fā)送的信息在線路上傳輸是有一段

13、延時的，在這段時間內(nèi)，另一節(jié)點(diǎn)通過監(jiān)聽可能仍然認(rèn)為線路是空閑的，從而發(fā)送出信息，就會造成碰撞現(xiàn)象。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)（3 3）CSMACSMA的具體算法的具體算法 不堅(jiān)持不堅(jiān)持CSMACSMA 1 1）假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送。）假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送。 2 2）假如介質(zhì)是忙的，等待一段隨機(jī)時間，重復(fù)第一步。）假如介質(zhì)是忙的，等待一段隨機(jī)時間，重復(fù)第一步。ll堅(jiān)持堅(jiān)持CSMACSMA 1 1）假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送。）假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送。 2 2）假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，立即發(fā)送）假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，立即發(fā)送。 3 3）假如沖突發(fā)生，

14、則等待一段隨機(jī)時間，重復(fù)第一步。）假如沖突發(fā)生，則等待一段隨機(jī)時間，重復(fù)第一步。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)PP的堅(jiān)持的堅(jiān)持CSMACSMA 1 1）假如介質(zhì)是空閑的，則以）假如介質(zhì)是空閑的，則以P P的概率發(fā)送，而以的概率發(fā)送，而以(1-P)(1-P)的概的概率延遲一個時間單位，率延遲一個時間單位， 2 2）時間單位等于最大的傳播延遲。）時間單位等于最大的傳播延遲。 3 3）假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽直到介質(zhì)空閑，重復(fù)第一步）假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽直到介質(zhì)空閑，重復(fù)第一步。 4 4）假如發(fā)送被延遲一個時間單位，則重復(fù)第一步。）假如發(fā)送被延遲一個時間單位，則

15、重復(fù)第一步。第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 2.4.3.22.4.3.2載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測（載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測（CSMACSMACDCD） 由于通道的傳播延遲，采用CSMA算法，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上兩個站點(diǎn)監(jiān)聽到介質(zhì)上沒有信號從而發(fā)送信息，就會造成碰撞現(xiàn)象。 為了解決這一問題，在CSMA基礎(chǔ)上，引入碰撞檢測CD(Collision Detection)， 事實(shí)上，CSMA/CD方法不可能完全避免沖突，沖突檢測的方法較復(fù)雜。一般用于負(fù)載不重的總線網(wǎng)中。 2.4.3.32.4.3.3退避算法退避算法 當(dāng)發(fā)送的信息遇到碰撞后，可以采用適當(dāng)?shù)耐吮芩惴óa(chǎn)生一個隨機(jī)等待時間重新發(fā)送，重發(fā)信息就一般不會再

16、發(fā)生碰撞。常用以下幾種退避算法： （1）二進(jìn)制指數(shù)法 在某個節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息遇到?jīng)_突后，經(jīng)過一個時間間隔重新發(fā)送，而第一次重發(fā)又遇到?jīng)_突，這時必須考慮第二次重發(fā)前的時間間隔要長些，如此類推。對于第n次重發(fā)前的時間間隔tn可用下式計(jì)算：第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)rnRtt第二章第二章DCSDCS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)式中：式中：trtr為信號環(huán)繞網(wǎng)絡(luò)傳遞一次的時間，即信號為信號環(huán)繞網(wǎng)絡(luò)傳遞一次的時間，即信號從一個末端到另一個末端所經(jīng)歷的往返時間。從一個末端到另一個末端所經(jīng)歷的往返時間。 R R值由下式?jīng)Q定：值由下式?jīng)Q定： 如果每次都是按照上式計(jì)算的時間間隔進(jìn)行重發(fā)如果每次都是按照上式計(jì)算的時間間隔進(jìn)行重發(fā)，直到第，直到第n n次重發(fā)仍遇到?jīng)_突而失敗，就要報(bào)警次重發(fā)仍遇到?jīng)_突而失敗，就要報(bào)警進(jìn)行處理。進(jìn)行處理。)10,min(,2nkRk （2）順序退避法 如果網(wǎng)絡(luò)有m個節(jié)點(diǎn)，就設(shè)置m個時間片(A1，A2,，Am)。當(dāng)檢測出沖突時，在傳輸介質(zhì)上發(fā)送一個“開始進(jìn)入順序退避狀態(tài)”的信號，以后各節(jié)點(diǎn)就按對應(yīng)編號的時間片進(jìn)行重發(fā)，避免再次發(fā)生碰撞。當(dāng)完成重發(fā)操作后，網(wǎng)絡(luò)又由“順序退避狀態(tài)”方式返回到CSMACD方式。在“順序退避狀態(tài)”方式時，每個時間片開始與結(jié)束，仍然依靠載波監(jiān)聽的