分布式控制系统(DSC)9-第二章-DCS课件-1

,课前提问,1,、,HS2000系统的网络结构,(1)HS2000小型分布式控制系统配置,(2)HS2000M中型分布式控制系统配置,(3),HS2000L大型分布式控制系统配置,2,、,HS2000CAS系统的网络结构,3、,HS2000 MACS,TM,系统的结构,第二章 DCS网络,第二章,DCS,网络,2.1 计算机网络的产生和发展,网络概念及分类,计算机网络:是通过通讯线路互连起来的自治的计算机集合。,站或节点:网络中的每个单元（计算机或其它可交换信息的设备）,计算机网络分类:,远程网络：分布在很大地理范围内的网络；,局部网络：其站间距离只有几公里远；,紧耦合网络或称多处理机系统：中站间通信通过计算机内部总线完成。,第二章,DCS,网络,（1）,传输介质的特性：,物理描述：说明传输介质的特征；,传输特性：模拟信号发送还是数字信号、调制技术、传输容量及传输频；,连通性：点到点或者多点连接；,地理范围：网上各点间的最大距离；,抗干扰性：防止噪音对传输数据影响的能力；,相对价格：以元件、安装和维护的价格为基础；,2.2网络的传输介质,（2）种类,双绞线,同轴电缆,光导纤维,视线介质简介-微波、红外线和激光,第二章,DCS,网络,第二章,DCS,网络,2.3局域网络的拓扑结构,2.3.1星型拓扑,第二章,DCS,网络,2.3.2,总线拓扑,2.3.3,环型拓扑,第二章,DCS,网络,2.3.4,树型拓扑,第二章,DCS,网络,2.3.5,星型环拓扑,第二章,DCS,网络,课前提问,1,、,HS2000CAS系统的网络结构,2,、,HS2000 MACS,TM,系统的结构,3,、,网络的传输介质,4,、网络存取控制方式类型,(1)存储转发式,1,）问询方式；,2,）存储转发式,2.4.1网络存取控制方式类型,各分散控制系统的网络存取控制方式并不统一，大致有两种类型，一种是,存储转发式,，另一种是,广播式,。,(1)存储转发式,问询方式：,由主节点依次问询普通节点，普通节点把信息送给主节点，主节点再把信息转发给所需接收的普通节点。这种控制方式使信息响应较慢。,存储转发式：,在同一个时间内，挂接在网络上的所有节点都可发送信息和接收信息。当一个节点发送信息时，该信息被环路中的每一个节点接收和转送，即每个节点都要储存检查，最后回到发送节点信息在发送节点被冲掉。,如Bailey 公司的Network-90系统的厂区环路就是采用这种存储转发方式发送信息的。,第二章,DCS,网络,2.4网络的存取控制方式,(2)广播式,特点1：广播式又可分为,令牌、自由竞争、时间片,等几种方式。,特点2：广播式的重要标志是在同一个时间内，只有一个节点在发送信息，而其他节点都在收听信息。在环型网络和总线形网络中采用广播式比较多。,1）,令牌方式：,令牌控制方式是当运行开始时，一个被指定的节点产生一个空闲令牌它按某种预定方式逐个节点通过，持有令牌的节点有权发送信息，此时其他各节点只能接收信息。发送节点负责将信息送到环路上(或总线上)，当传送结束时，发送节点产生一个新的空闲令牌并将它传送至下一个节点，这就是令牌式的广播方式。,第二章,DCS,网络,自由竞争方式：,自由竞争方式是接到网络上的各个节点，自由竞争发送信息，即任何个节点，只要它打算发送信息，就可以随时把信息播送出去，当发生冲突时，发送信息都退回到原来节点，经过随机延时后再重新发送信息。,时间片方式：,时间片方式是把一段时间分成若干时间片，在一个时间片内，某节点发送信息，在另一个时间片内，另外一个节点发送信息。美国西屋公司的WDPF系统，把不到100ms的时间，分成254个时间片，每一个挂在网络上的节点都占有一个时间片，在该时间片里，此节点发送信息。由于每一个节点发送信息只能是在时间片开始的时侯，所以这种方式的信道利用率相对地说比较低。,第二章,DCS,网络,2.4.2令牌存取控制方式,（1）令牌传送的工作过程,令牌,是一个控制性标志，通常由8位二进制符号组成，如“11111111”，任何一个节点获得令牌后，就拥有发送信息的权利，没有令牌就只能等待。,帧,是传送信息的基本单元(信息组)，有一定的格式。,第二章,DCS,网络,第二章,DCS,网络,标志,(FLAG),目的,地址,发送,地址,控制,信息,信息,正文,错误,检验,肯定,回答,令牌,(TOKEN),令牌传送的帧格式,令牌11111111,标志lllllll0,（2）环形网络中令牌传送的情况,假定环形网络如图3-10所示，只包含4个节点，节点A有信息要送往节点C，当空闲令牌传送到节点A时，A点检测出令牌代码并立即将令牌变为标志，插入信息送上环路，这时网络中的信息分布情况如图3-11(a)所示。,第二章,DCS,网络,第二章,DCS,网络,（,3,）传送监控功能,令牌丢失：网络通信陷入混乱，因此网中需要有发现令牌丢失和恢复令牌的机构。,办法：采用一个计时器，某节点经过一定时间没有收到令牌时，就认为网络中的令牌已丢失，便重新产生一个新的令牌，如果收到两个或两个以上的令牌，就要设法去掉多余的令牌,(,目前的设计方案只允许一个令牌存在,),。,孤儿帧,令牌预约和优先级,令牌监控帧,总线形网络也可采用令牌方式，虽然物理位置不能构成环形，但从令牌的传递顺序，能把各节点连接成一个“逻辑环”。有关传递令牌的逻辑环配置，也可以改变，一个物理节点可以在逻辑环中多次出现，使它享有较高的发送信息权利。,为了防止令牌和标志在帧内部出现，需按规则插入一些填充位，例如，在发送信息时凡监测到连续,6,个“,l”,，就由发送节点在它之后插入一个“,0”,比特,(,二进位,),。但对令牌和标志不进行“,0”,比特插入，从而使得信息流中除了真正的令牌和标志之外不会再出现连续,7,个“,l”,。在接收端，凡出现,6,个连续“,1”,之后的“,0”,比特均加以删除，以恢复原信息。,第二章,DCS,网络,（4）令牌传送的接口逻辑功能,令牌传送的接口逻辑功能由网络适配器中的软、硬件完成。具体应包括以下主要内容：,具有节点撤消功能：由故障继电器短路本节点使网络直通；,具有信息识别功能：识别令牌、标志、地址等等；,具有复制信息和肯定/否定应答功能及差错校验功能；,具有信息发送和传递逻辑；,具有信息重发及移出数据逻辑。,第二章,DCS,网络,课前提问,1,、令牌传送方式基本原理,2,、令牌传送的帧格式,3,、,网络的传输介质,4,、网络存取控制方式类型,(1)存储转发式,1,）问询方式；,2,）存储转发式,2.4.3自由竞争式(碰撞检测方式),思路：任何节点只要准备好传送的信息就可向外发送。,问题：产生冲突，信息不能正确传送。,控制方案目的：解决如何尽量避免碰撞，以及出现碰撞之后又如何进行处理。,第二章,DCS,网络,2.4.3.1载波监听多路访问Carrier Sense Multiple Access(CSMA),这种方法可看作是“先听后讲”。,（1）CSMA控制方案：,一个站要发送，首先监听总线上是否有其它站的发送信号存在。,如果介质是空闲的，则可以发送。,如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。,（2）CSMA的特点：,介质的最大利用率取决于帧的长度和传播时间。帧长越长，传播时间越短，则介质利用率越高。,仍然有发生碰撞的可能。因为发送的信息在线路上传输是有一段延时的，在这段时间内，另一节点通过监听可能仍然认为线路是空闲的，从而发送出信息，就会造成碰撞现象。,第二章,DCS,网络,（3）CSMA的具体算法,不坚持CSMA,1）假如介质是空闲的，则发送。,2）假如介质是忙的，等待一段随机时间，重复第一步。,l坚持CSMA,1）假如介质是空闲的，则发送。,2）假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送。,3）假如冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。,第二章,DCS,网络,第二章,DCS,网络,P的坚持CSMA,1）假如介质是空闲的，则以P的概率发送，而以(1-P)的概率延迟一个时间单位，,2）时间单位等于最大的传播延迟。,3）假如介质是忙的，继续监听直到介质空闲，重复第一步。,4）假如发送被延迟一个时间单位，则重复第一步。,第二章,DCS,网络,2.4.3.2载波监听多路访问冲突检测（CSMACD）,由于通道的传播延迟，采用CSMA算法，当网络上两个站点监听到介质上没有信号从而发送信息，就会造成碰撞现象。,为了解决这一问题，在CSMA基础上，引入碰撞检测CD(Collision Detection)，,事实上，CSMA/CD方法不可能完全避免冲突，冲突检测的方法较复杂。一般用于负载不重的总线网中。,2.4.3.3退避算法,当发送的信息遇到碰撞后，可以采用适当的退避算法产生一个随机等待时间重新发送，重发信息就一般不会再发生碰撞。常用以下几种退避算法：,（1）二进制指数法,在某个节点发送的信息遇到冲突后，经过一个时间间隔重新发送，而第一次重发又遇到冲突，这时必须考虑第二次重发前的时间间隔要长些，如此类推。对于第n次重发前的时间间隔tn可用下式计算：,第二章,DCS,网络,第二章,DCS,网络,式中：tr为信号环绕网络传递一次的时间，即信号从一个末端到另一个末端所经历的往返时间。,R值由下式决定：,如果每次都是按照上式计算的时间间隔进行重发，直到第n次重发仍遇到冲突而失败，就要报警进行处理。,（2）顺序退避法,如果网络有m个节点，就设置m个时间片(A1，A2,，Am)。当检测出冲突时，在传输介质上发送一个“开始进入顺序退避状态”的信号，以后各节点就按对应编号的时间片进行重发，避免再次发生碰撞。当完成重发操作后，网络又由“顺序退避状态”方式返回到CSMACD方式。在“顺序退避状态”方式时，每个时间片开始与结束，仍然依靠载波监听的操作。,第二章,DCS,网络,第二章,DCS,网络,2.4.4令牌传送与CSMD/CD的比较,CSMA/CD方法具有系统组建灵活、可靠性高等优点，也易于扩展。,令牌方式控制较复杂，扩展时必须重新配置硬件和软件，重新初始化。,CSMA/CD由于需碰撞检查，重载时，响应时间加长，实时性变差。,令牌，重载时，响应时间不会增加太长，实时性好。,令牌方式还提供了优先级别，网络重载时，优先级别较低的信息被缓发。,令牌传送网络不检测冲突，所以对总线介质限制较少。它对噪声也不敏感。,谢谢,