列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、Train Communication Network 6.2 TCN網(wǎng)絡(luò) TCN網(wǎng)絡(luò)(列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò))是一種現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)又稱為廣義的現(xiàn)場(chǎng)總線，是廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的串行雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。其功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)(或底層)數(shù)據(jù)的收集和執(zhí)行設(shè)備的控制，完成系統(tǒng)管控設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相互之間的信息交換。 安裝在列車(chē)上的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)TCN，負(fù)責(zé)對(duì)整列車(chē)各個(gè)部分信息的采集與傳遞，它將整列車(chē)連成一個(gè)整體，司機(jī)對(duì)整列車(chē)的控制命令通過(guò)TCN網(wǎng)絡(luò)傳送到列車(chē)的每節(jié)車(chē)輛車(chē)上，而每節(jié)車(chē)輛的工作狀態(tài)通過(guò)TCN傳送到司機(jī)顯示屏，使整列車(chē)有效安全地運(yùn)行。6.2.1列車(chē)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)

2、可分為三個(gè)層次，即列車(chē)總線、車(chē)輛總線和設(shè)備總線。 TCN網(wǎng)絡(luò)上層為絞線式列車(chē)總線(WTB)，下層為多功能車(chē)輛總線(MVB)，在車(chē)輛總線下面還可設(shè)置第三級(jí)，由安裝在同一車(chē)輛上的傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成，這一級(jí)不受列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的限制，可被認(rèn)為是車(chē)輛總線設(shè)備的一部分。 一列列車(chē)中只能有一條列車(chē)總線，但可以有多條車(chē)輛總線。列車(chē)總線連接不同車(chē)輛(單元)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)關(guān));車(chē)輛總線連接同一車(chē)廂或固定車(chē)組內(nèi)部的各種可編程終端裝置。列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 從圖6.1可見(jiàn)，TCN連接整個(gè)列車(chē)，每節(jié)機(jī)車(chē)或車(chē)輛的車(chē)輛總線通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與TCN連接。機(jī)車(chē)或車(chē)輛上的各種設(shè)備則直接掛在車(chē)輛總線上。這樣，車(chē)輛的控制、檢測(cè)、故障診

3、斷等信息的傳輸，都可以方便地通過(guò)列車(chē)總線和車(chē)輛總線及其對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)叫枰@些信息的設(shè)備。 圖6.1所示的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不是絕對(duì)的，整個(gè)列車(chē)的組成可以靈活多樣，一節(jié)車(chē)廂內(nèi)可以有一條或多條車(chē)輛總線，也可以沒(méi)有;車(chē)輛總線也可以在固定編組的情況下跨接幾節(jié)車(chē)廂。如果整列車(chē)是固定編組，則列車(chē)并不需要對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)編號(hào)，這時(shí)車(chē)輛總線可以起到列車(chē)總線的作用。列車(chē)總線和多功能車(chē)輛總線 列車(chē)總線（Wire Train Bus,簡(jiǎn)稱WTB）貫穿整列車(chē)，連接列車(chē)中的各個(gè)車(chē)輛總線；WTB總線能自己組態(tài)，傳輸速率可達(dá)1.0Mbit/s，介質(zhì)為雙絞屏蔽線。 多功能車(chē)輛總線（Multifunctional Vehicl

4、e Bus，簡(jiǎn)稱MVB）是一種用于連接車(chē)輛內(nèi)各個(gè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線；MVB總線能快速反應(yīng)，傳輸速率可達(dá)1.5Mbit/s，介質(zhì)為雙絞線或光纖。6.2.2 TCN的通信協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)管理與組態(tài) TCN標(biāo)準(zhǔn)遵循實(shí)時(shí)協(xié)議（RTP），用于TCN中的所有設(shè)備在MVB、WTB或其它總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 實(shí)時(shí)協(xié)議RTP規(guī)定了TCN提供的應(yīng)用接口，它由兩種基本的服務(wù)組成：變量群和消息群。 TCN標(biāo)準(zhǔn)可部分使用，也可整體使用。有WTB而沒(méi)有車(chē)輛總線，或WTB與非MVB的車(chē)輛總線連用有MVB而沒(méi)有列車(chē)總線，或MVB與非WTB的列車(chē)總線連用RTP用于其他非WTB或非MVB的總線6.2.3 列車(chē)總線 WTB 絞線式列車(chē)總線（

5、WTB）是為互連車(chē)輛而設(shè)計(jì)的串行數(shù)據(jù)通信總線，也可以用于其它場(chǎng)合。這些互連車(chē)輛在每天作業(yè)中需要連掛和解連，如國(guó)際UIC列車(chē)。 WTB 滿足UIC556 的要求，它定義了由最多22個(gè)客車(chē)組成的UIC 列車(chē)的通信要求。WTB 的組成結(jié)構(gòu)如下圖：WTB 特性摘要表： WTB 采用屏蔽雙絞線，信號(hào)傳輸速度Mbit/s。采用規(guī)定型號(hào)的電纜，可互連最多32個(gè)節(jié)點(diǎn)，長(zhǎng)度最長(zhǎng)至860m。WTB 介質(zhì)是由不同車(chē)輛上的電纜節(jié)鏈接而成。它有一個(gè)段是朝向列車(chē)中間，它有一個(gè)段是朝向列車(chē)中間，另一段是朝向敞開(kāi)的端部。另一段是朝向敞開(kāi)的端部。端節(jié)點(diǎn)電氣上用與它連接的端節(jié)點(diǎn)電氣上用與它連接的端接器來(lái)終止兩個(gè)總線節(jié)以端接器來(lái)終

6、止兩個(gè)總線節(jié)以減少反射。減少反射。連接兩個(gè)總線連接兩個(gè)總線節(jié)（段）節(jié)（段）電纜規(guī)范電纜規(guī)范 WTB 介質(zhì)為屏蔽雙絞線，為連接各個(gè)車(chē)輛，它需要有較高的機(jī)械穩(wěn)定性。規(guī)定的電纜允許速度1.0Mbit/s，860m長(zhǎng)。其中包括所有的干線電纜、擴(kuò)展電纜和耦合電纜。 WTB 可以使用自動(dòng)連接器連接電纜，也可用手動(dòng)插拔電纜。在主干電纜中插入在主干電纜中插入節(jié)點(diǎn)所用的電纜，節(jié)點(diǎn)所用的電纜，每路線由兩根獨(dú)立每路線由兩根獨(dú)立的絞線對(duì)組成的絞線對(duì)組成,截面可截面可能小于主干電能小于主干電纜。纜。 多功能車(chē)輛總線是將位于同一車(chē)輛中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連到TCN網(wǎng)絡(luò)上的一種總線。是可靠的實(shí)時(shí)通信總線。MVB最多可以尋址4095個(gè)

7、車(chē)載設(shè)備，其中有256個(gè)是可以參與消息通信的站。 MVB總線傳輸實(shí)時(shí)性好、可靠性高且易于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。其數(shù)據(jù)傳輸速率為1.5Mbit/s,為冗余總線結(jié)構(gòu)構(gòu)形構(gòu)形總線，星型總線，星型介質(zhì)（可選）介質(zhì)（可選）電氣短距離電氣短距離電氣中距離電氣中距離光纖光纖雙絞線，雙絞線，RS-485RS-485；屏蔽雙絞線，變壓器耦合；屏蔽雙絞線，變壓器耦合；200/240200/240微米光纖，星型連接器微米光纖，星型連接器；長(zhǎng)度長(zhǎng)度電短距離電短距離電中距離電中距離玻璃光纖玻璃光纖2020米，每段米，每段3232個(gè)設(shè)備；個(gè)設(shè)備；200200米，每段米，每段3232個(gè)設(shè)備；個(gè)設(shè)備；20002000米；米；物理層的冗余

8、物理層的冗余備份的物理層介質(zhì)（同步發(fā)送）備份的物理層介質(zhì)（同步發(fā)送）信號(hào)表示信號(hào)表示曼切斯特編碼，曼切斯特編碼，9 9個(gè)比特源分界符個(gè)比特源分界符信號(hào)傳輸率信號(hào)傳輸率1.5Mbit/s1.5Mbit/s地址空間地址空間12 12 位設(shè)備地址；位設(shè)備地址；0.2550.255留給帶消息數(shù)據(jù)的設(shè)備留給帶消息數(shù)據(jù)的設(shè)備12 12 位邏輯地址用于過(guò)程數(shù)據(jù)（每個(gè)為位邏輯地址用于過(guò)程數(shù)據(jù)（每個(gè)為16.256 16.256 位）位）MVB傳送三類數(shù)據(jù)：傳送三類數(shù)據(jù)： 過(guò)程數(shù)據(jù)（Process_Data）：源地址數(shù)據(jù)的周期性廣播， 最快周期為1ms； 消息數(shù)據(jù)（Message_Data）：按需求、目標(biāo)尋址的單

9、播 或多播或者廣播； 監(jiān)視數(shù)據(jù)（Supervisory_Data）：傳輸事件分解、主設(shè)備 權(quán)傳送、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)：列車(chē)總線或車(chē)輛總線傳送三種類型的數(shù)據(jù)：1、過(guò)程數(shù)據(jù)：、過(guò)程數(shù)據(jù)： 列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)用過(guò)程變量來(lái)表示列車(chē)運(yùn)行的控制命令和運(yùn)行狀態(tài)，例如速度、電機(jī)電流、操作員的命令等。過(guò)程變量的值叫做過(guò)程數(shù)據(jù)。 過(guò)程數(shù)據(jù)是由發(fā)行者設(shè)備發(fā)送至多個(gè)用戶設(shè)備的廣播數(shù)據(jù)，并由他們的邏輯地址來(lái)標(biāo)識(shí)，這種類型的傳送稱為源尋址廣播。2、消息數(shù)據(jù)：、消息數(shù)據(jù)： 消息是冗長(zhǎng)但不頻繁傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，消息的長(zhǎng)度在幾個(gè)字節(jié)到幾千個(gè)字節(jié)之間。為了傳輸較大的消息數(shù)據(jù)，可以將消息分成小的包，這些包分別編號(hào)并由目的站確認(rèn)。 消息數(shù)據(jù)是從一個(gè)

10、源設(shè)備發(fā)送到一個(gè)目標(biāo)設(shè)備或是同一總線上的所有設(shè)備的面向目標(biāo)的數(shù)據(jù)。消息數(shù)據(jù)是有需要時(shí)才傳送的。3、 管理數(shù)據(jù)：管理數(shù)據(jù)： 管理數(shù)據(jù)是在相同總線內(nèi)用來(lái)監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)、檢測(cè)沉寂的設(shè)備、總線主權(quán)轉(zhuǎn)移、總線初運(yùn)行等方面的數(shù)據(jù)。某些管理數(shù)據(jù)是周期性傳送的，但另一些管理數(shù)據(jù)是按需傳送的。 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，過(guò)程數(shù)據(jù)也可作為偶發(fā)性數(shù)據(jù)按需傳送，但由于這種服務(wù)不可靠，TCN標(biāo)準(zhǔn)不支持這種發(fā)送方式；同樣消息數(shù)據(jù)也可以周期性地傳送，TCN標(biāo)準(zhǔn)也不予支持。 6.2.5.2 數(shù)據(jù)傳送模式 TCN總線傳送兩種類型的數(shù)據(jù)：周期性數(shù)據(jù)及偶發(fā)性數(shù)據(jù)。 周期性數(shù)據(jù)在一個(gè)特征周期的周期相內(nèi)周期性地發(fā)送，一個(gè)特征周期可以是基本周期的若干倍，

11、周期相在每個(gè)基本周期中占有一固定的部分，這部分在最初的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)可以變動(dòng)，但在通信應(yīng)用過(guò)程中嚴(yán)禁改變。 在周期相中，總線主按預(yù)定順序輪詢各設(shè)備 以獲取周期性數(shù)據(jù)，這種通信稱為周期性通 信。 在兩個(gè)周期相的間隔中按各自需要傳送的數(shù) 據(jù)稱為偶發(fā)性數(shù)據(jù)，這種通信稱為偶發(fā)性通 信，兩個(gè)周期相間的間隔稱為偶發(fā)相。周期性數(shù)據(jù)和偶發(fā)性數(shù)據(jù)注：從設(shè)備在偶發(fā)相中不能自發(fā)的發(fā)送數(shù)據(jù)。6.2.5.3 6.2.5.3 過(guò)程變量的發(fā)送過(guò)程變量的發(fā)送 過(guò)程變量的發(fā)送由主節(jié)點(diǎn)控制，主節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)請(qǐng)求發(fā)送某個(gè)變量的幀，而在此幀中并不指定變量源來(lái)自哪個(gè)設(shè)備。在下一相，變量的源設(shè)備通過(guò)廣播對(duì)所有的設(shè)備回答一個(gè)包含請(qǐng)求的幀，所有對(duì)

12、此變量感興趣的設(shè)備則采集此值。源地址廣播源地址廣播數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集 幀的格式在初運(yùn)行時(shí)被固定，以供所有的總線成員使用。為了提高效率，每個(gè)從幀帶有相同周期的若干變量，這些變量被稱作數(shù)據(jù)集。一個(gè)數(shù)據(jù)集包含數(shù)值和檢查位，但不包含地址。每個(gè)變量由它相對(duì)于數(shù)據(jù)集起始地址的偏移量來(lái)標(biāo)識(shí)。 例：由模擬及二進(jìn)制過(guò)程變量混合在一起的數(shù)據(jù)集例：過(guò)程變量傳送示意圖例：過(guò)程變量傳送示意圖1.發(fā)行者應(yīng)用3將過(guò)程變量寫(xiě)入源通信存儲(chǔ)器；2.源設(shè)備總線控制器讀出該值并在總線上廣播；3.用戶宿設(shè)備的總線控制器將接收的值存儲(chǔ)到它們的通信存儲(chǔ)器中，改寫(xiě)了以前的值。4.應(yīng)用1 或（用戶）從通信存儲(chǔ)器中取出該值。傳送過(guò)程分四步：傳送過(guò)程分

13、四步：6.2.6 6.2.6 TCN網(wǎng)絡(luò)的編址與尋址方式網(wǎng)絡(luò)的編址與尋址方式1對(duì)節(jié)點(diǎn)的編址對(duì)節(jié)點(diǎn)的編址 節(jié)點(diǎn)作為列車(chē)總線和車(chē)輛總線之間的網(wǎng)關(guān)，在列車(chē)通信網(wǎng)中扮演重要的角色。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都連接到列車(chē)總線上一條列車(chē)總線最多可以掛連64個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)列車(chē)的組成發(fā)生變化時(shí)，例如車(chē)輛的連掛或解掛，列車(chē)主節(jié)點(diǎn)重新組織總線，給每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配6位的節(jié)點(diǎn)地址。列車(chē)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)方向：方向1和方向2 。車(chē)輛的兩側(cè)稱為A側(cè)和B側(cè)。A側(cè)和B側(cè)與方向1和方向2有關(guān)，若方向1朝北，A側(cè)則朝西。列車(chē)總線用相對(duì)于主節(jié)點(diǎn)的位置來(lái)標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址總是01。在主節(jié)點(diǎn)方向2上的節(jié)點(diǎn)，從02開(kāi)始按遞增順序依次編號(hào)，最后命名的節(jié)點(diǎn)為

14、頂節(jié)點(diǎn)。在主節(jié)點(diǎn)方向1上的節(jié)點(diǎn)，從63開(kāi)始按遞減順序依次編號(hào)，最后命名的節(jié)點(diǎn)為底節(jié)點(diǎn)。2.2.對(duì)設(shè)備的編址對(duì)設(shè)備的編址 連接到總線上的器件稱為設(shè)備，設(shè)備由設(shè)備地址來(lái)標(biāo)識(shí)。車(chē)輛總線最多可以尋址4096個(gè)設(shè)備，所以在車(chē)輛總線上用12位的設(shè)備地址。列車(chē)總線上的設(shè)備地址為8位，其中低6位是節(jié)點(diǎn)地址，因?yàn)檫B接到列車(chē)總線上的設(shè)備只有節(jié)點(diǎn)，連接到多條總線上的設(shè)備對(duì)每條總線可以有不同的設(shè)備地址。 一些特殊的設(shè)備，例如中繼器，因?yàn)樗鼉H僅參與物理層的工作，所以沒(méi)有設(shè)備地址。設(shè)備地址0用來(lái)標(biāo)識(shí)本地鏈路層，最高的設(shè)備地址（例如8位的設(shè)備地址11111111B）表示對(duì)總線上的所有設(shè)備的廣播，這兩個(gè)地址都不能分配給某個(gè)特

15、定的設(shè)備。3.3.組地址組地址 為了按類型訪問(wèn)車(chē)輛或一組車(chē)輛，用組地址來(lái)取代節(jié)點(diǎn)地址。車(chē)輛類型的分組與應(yīng)用有關(guān)。如圖所示第二節(jié)車(chē)輛既屬于第一組又屬于第三組，屬于哪一組是由不同的應(yīng)用決定的。每一個(gè)組都有一個(gè)組地址，組地址也是6位。4.網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)地址 網(wǎng)絡(luò)地址分為系統(tǒng)地址和用戶地址。系統(tǒng)地址用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)站，用戶地址用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)功能。 在調(diào)試和檢錯(cuò)時(shí)工程師用管理消息來(lái)訪問(wèn)設(shè)備，由于列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的多樣性，管理消息一般不使用設(shè)備地址。為了在各種拓?fù)湎聦ぶ吩O(shè)備，網(wǎng)絡(luò)管理把列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)看成是由掛在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)站組成。如下圖所示系統(tǒng)地址 站就是列車(chē)通信網(wǎng)中進(jìn)行消息通信的設(shè)備，一個(gè)節(jié)點(diǎn)

16、上最多可以掛255個(gè)站，節(jié)點(diǎn)本身也被看成一個(gè)站，每個(gè)站用一個(gè)8位站標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)識(shí)，節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)站也有站標(biāo)識(shí)符。 圖中以#開(kāi)頭的就是站標(biāo)識(shí)符。節(jié)點(diǎn)地址（或組地址）與站標(biāo)識(shí)符一起組成了系統(tǒng)地址，通過(guò)系統(tǒng)地址就可以找到一個(gè)站。用戶地址 每節(jié)車(chē)輛都支持一些功能，如門(mén)、空調(diào)、照明、制動(dòng)等。功能可以由連接到車(chē)輛總線上的設(shè)備執(zhí)行，也可以直接由節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。一個(gè)設(shè)備可以執(zhí)行幾個(gè)功能，一個(gè)功能也可以由幾個(gè)設(shè)備來(lái)執(zhí)行。列車(chē)總線的用戶不期望知道一個(gè)車(chē)輛所包含的全部設(shè)備，而只考慮一個(gè)車(chē)輛能支持何種功能，因此，用戶并不對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備尋址，而是對(duì)一個(gè)遠(yuǎn)程功能進(jìn)行尋址。通過(guò)功能而不是設(shè)備來(lái)尋址的方式也適用于車(chē)輛總線。應(yīng)用只調(diào)用一個(gè)功

17、能但沒(méi)有規(guī)定由哪個(gè)設(shè)備來(lái)執(zhí)行這個(gè)功能。用戶應(yīng)用把網(wǎng)絡(luò)看成是由能支持多個(gè)功能的各個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)功能用一個(gè)8位的功能標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)識(shí)。節(jié)點(diǎn)地址（或組地址）與功能標(biāo)識(shí)符一起組成用戶地址，通過(guò)用戶地址就可以尋址一個(gè)功能。5.端口地址端口地址 因?yàn)檫^(guò)程變量很小，為了提高傳輸效率，將多個(gè)過(guò)程變量放在一個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)幀中傳輸，這些過(guò)程變量構(gòu)成了一個(gè)數(shù)據(jù)集。列車(chē)通信網(wǎng)中的設(shè)備都提供一個(gè)或多個(gè)通信存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集。通信存儲(chǔ)器可以由網(wǎng)絡(luò)和用戶共同訪問(wèn)。一個(gè)設(shè)備中最多可以有16個(gè)通信存儲(chǔ)器。通信存儲(chǔ)器用4位的通信存儲(chǔ)器標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)識(shí)，每個(gè)通信存儲(chǔ)器包含多個(gè)端口，端口是一種共享的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)在端口中每個(gè)端口只存儲(chǔ)一

18、個(gè)數(shù)據(jù)集。一個(gè)通信存儲(chǔ)器最多可有4096個(gè)端口，所以每個(gè)端口用一個(gè)12位的端口地址來(lái)標(biāo)識(shí)。6.各地址間的映射各地址間的映射 在列車(chē)通信網(wǎng)中，一個(gè)設(shè)備很可能有多個(gè)地址。例如一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它有節(jié)點(diǎn)地址，同時(shí)作為一個(gè)設(shè)備，它有設(shè)備地址，而且它又是一個(gè)站，所以它有系統(tǒng)地址。為了將一個(gè)設(shè)備的各種地址聯(lián)系起來(lái)。列車(chē)通信網(wǎng)提供了多個(gè)索引，如節(jié)點(diǎn)索引、組索引、站索引、功能索引等。索引實(shí)際上就是一個(gè)表，這個(gè)表將某個(gè)設(shè)備的各種地址一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。 例如，節(jié)點(diǎn)索引將節(jié)點(diǎn)地址映射到設(shè)備地址，知道某個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，通過(guò)節(jié)點(diǎn)索引可以知道這個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備地址，反之，知道了設(shè)備地址也可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)索引查到節(jié)點(diǎn)地址。 7變量的尋址變量

19、的尋址 在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，數(shù)據(jù)集由其所在的通信存儲(chǔ)器的端口地址來(lái)標(biāo)識(shí)。通過(guò)總線發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)集由其所在總線上的過(guò)程數(shù)據(jù)幀來(lái)的邏輯地址標(biāo)識(shí)。過(guò)程數(shù)據(jù)幀的邏輯地址與數(shù)據(jù)集所在的通信存儲(chǔ)器的端口地址相同。在一條總線工作期間，在給定的邏輯地址上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的含義是固定的，發(fā)送方和接收方使用同一個(gè)邏輯地址來(lái)標(biāo)識(shí)同一個(gè)數(shù)據(jù)集。例如，在某個(gè)設(shè)備中，存儲(chǔ)某個(gè)數(shù)據(jù)集的端口，其端口地址為1，那么在另一個(gè)設(shè)備中，端口地址為1的端口還是存儲(chǔ)了這一數(shù)據(jù)集。 消息數(shù)據(jù)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)尋址的。消息分為系統(tǒng)消息和用戶消息。系統(tǒng)消息是指管理者與代理者之間為網(wǎng)絡(luò)管理所交換的呼叫消息和應(yīng)答消息，這類消息使用系統(tǒng)地址來(lái)尋址。 用戶消息是在用

20、戶應(yīng)用間交換的消息，這類消息使用用戶地址來(lái)尋址。8消息的尋址消息的尋址工業(yè)以太網(wǎng)及其在列車(chē)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用以太網(wǎng)技術(shù)原理1.以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展史2.以太網(wǎng)端口技術(shù)Chapter.1 以太網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介及其發(fā)展史1.1以太網(wǎng)（Ethernet）的誕生 以太網(wǎng)最初是由Xerox公司開(kāi)發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體，采用載波多路訪問(wèn)和沖突檢測(cè)CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）機(jī)制,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到10Mbps。 以太網(wǎng)被設(shè)計(jì)用來(lái)滿足非持續(xù)性網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而IEEE 802.3規(guī)范則是基于最初的以太網(wǎng)技術(shù)于1

21、980年制定。以太網(wǎng)版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，與IEEE 802.3規(guī)范相互兼容。 在發(fā)送數(shù)據(jù)之前進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，以確保線路空閑，減少?zèng)_突的機(jī)會(huì)。CS：載波偵聽(tīng) 每個(gè)站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以同時(shí)被多個(gè)站點(diǎn)接收。MA：多址訪問(wèn) 邊發(fā)送邊檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)沖突就停止發(fā)送，然后延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間之后繼續(xù)發(fā)送。CD：沖突檢測(cè)沖突檢測(cè)：由于兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信號(hào)，經(jīng)過(guò)疊加后，會(huì)使線路上電壓的擺動(dòng)值超過(guò)正常值一倍。據(jù)此可判斷沖突的產(chǎn)生。1.2以太網(wǎng)模式圖1.總線型2.星形1.3 以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)字段字段長(zhǎng)度（字節(jié)）目的前導(dǎo)碼（Preamble）7

22、同步幀開(kāi)始符（SFD）1標(biāo)明下一個(gè)字節(jié)為目的MAC字段目的MAC地址6指明幀的接受者源MAC地址6指明幀的發(fā)送者長(zhǎng)度（Length）2幀的數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度（長(zhǎng)度或類型）類型（Type）2幀中數(shù)據(jù)的協(xié)議類型（長(zhǎng)度或類型）數(shù)據(jù)和填充（Data and Pad）注461500高層的數(shù)據(jù)，通常為3層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。對(duì)于TCP/IP是IP數(shù)據(jù)包幀校驗(yàn)序列（FCS）4對(duì)接收網(wǎng)卡提供判斷是否傳輸錯(cuò)誤的一種方法，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，丟棄此幀IEEE802.3以太幀頭 最小幀長(zhǎng)（64字節(jié)）：由最大傳輸距離和沖突檢測(cè)機(jī)制共同決定。 規(guī)定最小幀長(zhǎng)是為了避免這種情況發(fā)生：某站點(diǎn)已經(jīng)將一個(gè)數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)BIT發(fā)送完畢，但這個(gè)報(bào)

23、文的第一個(gè)BIT還沒(méi)有傳送到距離很遠(yuǎn)的一個(gè)站點(diǎn)。而站點(diǎn)認(rèn)為線路空閑而發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致沖突。1.3.1最大傳輸距離 最大傳輸距離：通常由線路質(zhì)量、信號(hào)衰減程度等因素決定。 IEEE標(biāo)準(zhǔn)將支持最大距離為550米的多模光纖、最大距離為70千米的單模光纖和最大距離為100米的同軸電纜。1.3.2以太網(wǎng)的MAC地址 MAC地址有4 8位，但它通常被表示為12位的點(diǎn)分十六進(jìn)制數(shù)。 MAC地址全球唯一，由 IEEE對(duì)這些地址進(jìn)行管理和分配。每個(gè)地址由兩部分組成，分別是供應(yīng)商代碼和序列號(hào)。其中前24位二進(jìn)制代表該供應(yīng)商代碼。剩下的24位由廠商自己分配。 如果第8位是1，則表示該地址是組播地址。44-45-53-

24、54-00-001.4以太網(wǎng)發(fā)展 IEEE802.3 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.3u 100BASE-T快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.3z/ab 1000Mb/s千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.3ae 10GE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)兆以太網(wǎng)出現(xiàn)70年代80年代90年代以太網(wǎng)產(chǎn)生10M以太網(wǎng)發(fā)展成熟共享式轉(zhuǎn)發(fā)LAN交換機(jī)100M快速以太網(wǎng)92年96年千兆以太網(wǎng)迅速發(fā)展2002年1.4.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng) 開(kāi)始以太網(wǎng)只有10Mbps的吞吐量，這種早期的10Mbps以太網(wǎng)稱之為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。 以太網(wǎng)可以使用粗同軸電纜、細(xì)同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和光纖等多種傳輸介質(zhì)進(jìn)行連接。 并且在IEEE 802.3標(biāo)

25、準(zhǔn)中，為不同的傳輸介質(zhì)制定了不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)，在這些標(biāo)準(zhǔn)中前面的數(shù)字表示傳輸速度，單位是“Mbps”，最后的一個(gè)數(shù)字表示單段網(wǎng)線長(zhǎng)度（基準(zhǔn)單位是100m），Base表示“基帶”的意思，Broad代表“寬帶”。名稱電纜最大區(qū)間長(zhǎng)度10BASE-5粗同軸電纜500m10BASE-2細(xì)同軸電纜200m10BASE-T雙絞線100m10BASE-F光纖2000m1.4.2快速（100M）以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps的快速以太網(wǎng)是一種高速局域網(wǎng)技術(shù)，能夠?yàn)樽烂嬗脩粢约胺?wù)器或者服務(wù)器集群等提供更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 I E E E 為 快 速 以 太 網(wǎng) 制 訂 的 標(biāo) 準(zhǔn) 為IEEE802.3u快速以

26、太網(wǎng)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)線纜類型傳輸距離100BaseTXEIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線2對(duì)100m100BaseT4EIA/TIA3、4、5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對(duì)100m100BaseFX多模光纖（MMF）線纜550m-2km單模光纖（SMF）線纜2km-15km1.4.3千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)是對(duì)IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，在基于以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)之上，將快速以太網(wǎng)的傳輸速率100Mbps提高了10倍，達(dá)到了1 Gbps。 標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3z（光纖與銅纜）和IEEE802.3ab（雙絞線）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)線纜類型傳輸距離1000BaseT銅質(zhì)EIA/TIA5類（UTP）

27、非屏蔽雙絞線4對(duì)100m1000BaseCX 銅質(zhì)屏蔽雙絞線（STP）25m1000BaseSX多模光纖，50/62.5um光纖，使用波長(zhǎng)為850nm的激光550m/275m1000BaseLX單模光纖，9um光纖，使用波長(zhǎng)為1300nm的激光2km-15km1.4.4萬(wàn)兆以太網(wǎng) 萬(wàn)兆以太網(wǎng)規(guī)范包含在 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3ae 中，它擴(kuò)展了 IEEE 802.3 協(xié)議和 MAC 規(guī)范，使其支持 10Gb/s 的傳輸速率。除此之外，通過(guò) WAN 界面子層（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太網(wǎng)也能被調(diào)整為較低的傳輸速率，如

28、9.584640 Gb/s （OC-192），這就允許10千兆位以太網(wǎng)設(shè)備與同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET） STS -192c 傳輸格式相兼容。Chapter.2 以太網(wǎng)端口技術(shù)1.自協(xié)商技術(shù) 自動(dòng)協(xié)商模式是端口根據(jù)另一端設(shè)備的連接速度和雙工模式，自動(dòng)把它的速度調(diào)節(jié)到最高的公共水平，即線路兩端能具有的最快速度和雙工模式。 自協(xié)商功能答應(yīng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠?qū)⒆约核С值墓ぷ髂Ｊ叫畔鬟_(dá)給網(wǎng)絡(luò)上的對(duì)端，并接受對(duì)方可能傳遞過(guò)來(lái)的相應(yīng)信息，從而解決雙工和10M/100M速率自協(xié)商題目。自協(xié)商功能完全由物理層芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，因此并不使用專用數(shù)據(jù)包或帶來(lái)任何高層協(xié)議開(kāi)銷。2.自適應(yīng)技術(shù)Receive PairTransmit PairTransmit PairReceive PairTransmit PairReceive PairTransmit PairReceive Pair交叉網(wǎng)線交叉網(wǎng)線直連網(wǎng)線直連網(wǎng)線不需要知道電纜另一端為MDI還是MDIX設(shè)備兩種電纜（普通