發布日期：2022-04-18 點擊率：65
引言： 目前，在國際上有多個組織從事工業以太網的標準化工作，2001年9月，我國科技部發布了基于高速以太網技術的現場總線設備，其研究目標是：攻克應用于工業控制現場的高速以太網的關鍵技術，其中包括解決以太網通信的實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等問題，同時研究開發相關高速以太網技術的現場設備、網絡化控制系統和系統軟件。 1.1 在應用層中的進展
(1) 封裝
眾所周知，以太網自身只提供一系列的物理介質定義和一個共享的構架。構架包括物理介質、幀格式和LAN設備數據的尋址格式，即它只提供物理層和數據鏈路層。而Ethernet、TCP/IP則包含IP協議(層三)、TCP或UDP協議(層四)，當以太網用于信息技術時，第七層含有HTTP(超級文本傳輸協議)、FTP(文件傳輸協議)、SNMP(簡單網絡管理協議)、SMTP(簡單電子郵件傳送協議)和Telnet(遠程登錄)等。但當它用于工業控制時，體現在第七層的是實時通信、用于系統組態的對象以及工程模型的應用協議。對這些不同的概念進行組裝稱為“封裝(Encapsulation)。TCP/IP支持基于異種操作系統的異種網絡間的互聯，它是真正的開放系統通信協議，已成為目前國際上進行異種網絡互聯的事實上的標準。
“封裝”是將報文幀嵌入到TCP或UDP的容器中。典型的例子有Rockwell Automation和ODVA開發的Ethernet/IP、FF開發的HSE(高速以太網)、Schneider Electric開發的Modbus TCP/IP。所有這些協議數據在發送到以太網以前，現場總線報文基本上沒有什么變化并作為“用戶數據”嵌入到TCP/IP幀內，很容易向下兼容到基于以上總線的協議。Rockwell Automation和ODVA推出的Ethernet/IP，應用了壓縮的ControlNet和DeviceNet協議的CIP(Control and Information Protocol，控制和信息協議),CIP通過“隱性”和“顯性”信息提供用于存取數據和控制設備的寬范圍的服務。
在發送CIP數據包以前必須對其進行封裝，CIP數據包給定一個報文首部(header)，該首部的內容取決于所請求的服務屬性。通過以太網連接的CIP數據包包括一個專用的以太網首部、一個IP首部、一個TCP首部和一個封裝首部。封裝首部包含的字段有控制命令、格式、狀態信息和同步數據等，這允許CIP數據能通過TCP或UDP傳送并確保在接收方進行解碼。Schneider Electric推出的“透明工廠”，其核心是Ethernet和TCP/IP，封裝有Modbus協議的Modbus TCP/IP的模塊應用于Quantum PLC。Modbus TCP已成為半導體工業的標準EMIE54.9-2000。FF的HSE是高效地映像到UDP(用戶數據報文協議，一個被認為優于TCP的傳輸協議，其首部比TCP首部短而簡單，只需8個字節，而TCP為長度可變的40個字節)的一個最佳例子，HSE采用Publisher/Subscriber協議，為IEC61158現場總線國際標準的類型5。另一種解決方案是在現場總線的上層運行或封裝有TCP/IP。Interbus就是這種解決方案，它的以太網策略是將TCP/IP報文分割為若干個小型數據包并封裝在Interbus的參數通道進行傳輸，其總和幀協議仍保持不變。這些被分割的數據包將在接收方重新裝配從而恢復為原來的TCP/IP報文。封裝方案的缺點是協議的效率低，以太網的首部比用戶數據大得多，從而大幅度地增加開銷，因此封裝方案只適用于發送大容量的數據信息。
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