第五章LonTalk协议doc.docx

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第五章LonTalk协议doc

5.1

协议概要

第5章：

协议

协议是技术平台的技术核心之一，由芯片中的处理器和处理器来执行通讯协议规则,实现与英他芯片的通讯•应用处理器使用网络变量和显示报文两个方式实现而向对象的通讯机制。

名词解释：

（协议）：

在网络中，对通信进行标准化的协议。

协议为节点定义了一种标准方法,使它们能交换信息。

5°1。

1协议7层参考模型：

按照开放系统互连

（一）参考模型对这些服务进行分类。

通讯层

目的

提供的服务

处理器

应用层

网络通讯应用

标准网络变量

应用

表不层

数据翻译

网络变量协议转换

网络

会话层

远程操作

请求/响应，证实服务，网络管理

网络

传输层

端对端通讯可靠性

应答，非应答，

网络

网络层

寻址

寻址，路由

网络

数据链路层

介质访问以及组帧

组帧.数据编码.

校验、预测.

冲突检测、避免冲突、优先

通讯介质访问

物理层

电气连接

特定介质接口、调制模式

通讯介质访问.智能收发器

5.L2协议的主要特性：

支持多种通讯介质：

协议支持不同通讯介质的信道，组成的大型测控网络。

通讯介质的种类众

多，适合很多特龙的场合•包括双绞线、电力线、调频电台、红外线.同轴电缆.光纤。

苴中电力线通讯方式的一个应用在意大利公司使用千万节点；双绞线通讯方式自由拓扑信道广泛应用在国内各个领域;调频电台、红外线是无线方式应用于石油、电力等广域无线的测控网络;光纤信道应用，美国军事领域的一个军舰案例（双光纤冗余测控网络）：

支持多个通讯信道：

通道是的通讯报文传输的通讯介质，一个通道最大的可以容纳32385个节

点.支持一个完整的网络，包含一个或者若干个通讯信道。

在不同的信道之间使用路由器来通讯，保证网络通讯的一些基本参数速率、带宽.

通讯速率可配置：

。

不同的通讯信道和信道参数可以实现不同的通讯速率来实践通讯距离、通讯速度的应用需求。

信道的容量参数包括:

通讯速率、丹点的晶体振荡器频率、收发器特性、通讯包的平均长度、应答服务的使用、优先级的服务、证实服务的使用.

通讯帧包括协议头、地址域、数据域，协议头部分读者可以在以后的章盯看到相关的详细内容;地址域部分包括通讯域码、盯点寻址码：

数据域包括应用层支持的两种报文正常应用的数据包有10-16个字节，支持最大的通讯帧有255个字节。

协议的地址分配规则：

网络结构分层逻辑构建分层逻辑寻址。

层次结构包括两种:

域地址、子网地址、肖点地址,域地址、组地址：

第1级域地址：

。

不同域的肖点无法通讯（包括广播报文），域识別码的典型应用案例是同一地域的相同频率的数传电台通讯信道，不同的域使用统一通讯频率互不干扰,完全区分成了两个独立通讯网络，实现了网络化资源的充分利用。

第2级子网地址：

一个域最大包含255子网，一个子网可以有一个或几个通讯信道。

网络设备中智能路由器工作在子网级别实现报文的智能寻址、转发。

第3级节点地址:

一个子网最大包含127个右点，一个节点可以同时属于两个域。

大部分网络应用都采用以上的分层结构。

协议同时也支持域、组的结构：

一个域可以包含256个组，

一个组可以包含64个节点，

一个节点可以同时属于15个组。

域和组的结构减少了通讯帧里而地址域部分的数据开销。

可以实现同一组的肖点同

时接收一个通讯报文。

典型应用于火灾报警系统中的分区域报警，在实际应用中不需要知道火灾探头具体逻辑地址，只需要区分不同的报警区域即可实现基本功能.

协议的通讯报文服务：

协议提供四种基本报文服务：

确认、请求/响应服务属于端到端应答类型，非确认重复非确认属于应答类型。

确认服务（）：

一个报文被发送给一个或一组节点，发送节点将等待来自每一个接收节点的确认报文。

如果没有接收到确认已经超时，发送节点重新报文。

发送时间、重试的次数和接收时间全部是通讯参数，可以设置•确认部分由网络处理器

处理。

非确认重复（）:

一个报文被多次发送给一个或一组i'j点，发送节将不需要得到响应，通讯量比起应答类的通讯翌•要少巴多。

节才、\收节点

非确认（）：

一个报文被发送给一个或一组节点只有一次，发送节点将不需要得到响应.

证实服务:

随机询问

返回验证密码

如果成功应答.不成功不应答

优先级的使用：

。

协议有选择的提供优先级机制以提髙对重要数据包的响应时间•协议允许用户在信道上分配优先级时间槽，专用于提供优先级服务的节点。

当节点内生成一个优先级包后，传输过程中节点放在优先级队列，路由器放在优先级槽中传送。

支持冲突检测：

*

早期的收发器支持硬件冲突检测,协议就支持冲突检测以及自动生发.一旦收发器检测到冲突,协议便能立刻重发因冲突而损坏的消息。

通讯冲突的解决：

协议的子层协议采用的是可预测P—坚持算法,是一种独特的冲突避免算法。

它使得网络即便于工作在过载的情况下,仍可以达到最大的通信量，而不至于发生因冲突过多致使网络吞吐量急剧下隆的现象•所有肖点使用时间槽来随机的访问通讯介质。

通过算法预测信道积压的工作，协议动态的调整随机时间槽的数疑，主动、积极的管理网络的冲突率.

协议的兼容性：

为了支持其他协议，在通讯报文中最大可包含228字节的数据.只是在处理过程中把数据当成普通的字节数组，由应用程序解析英协议的具体内容。

网络管理和诊断服务：

协议不仅提供应用消息服务，还提供网络管理服务、诊断消息服务以用于安装节点、配置肖点、远程下载节点应用程序以及诊断网络状态。

5.2协议结构和相关内容

5.2。

1协议结构

参考模型层

目的提供的服务

协议层次

应用层，表不层

底层应用部分网络变量的操作网络管理报文诊断

第六七层

会话层

请求响应

第五层

传输层

应答,非应答单点传送多点传送

第四层

事务控制子层

授权服务公共命令副本检测

网络层

减少连接、威内广播、拆分报文、环形自由拓扑学习路由

第三层

数据链路层

组帧.数据编码.校验.

第二层

子层

预测P坚持.避免冲突、冲突检测.优先级

物理层

多种通讯媒体，特姝媒体协议（）

第一层

5.2。

2分层结构

。

第一层:

物理层协议支持多种通讯媒体协议，协议通讯帧编码独立于通讯媒体之外的.

•第二层：

媒体层采用协议独有的预测P坚持解决通讯冲突现象。

在这种低速率的现场级测控网络中，这种算:

法的独到和有效使得网络能够快速的发展、壮大。

数据链路层实现了减少连接服务，用来限制组帧、帧译码、错误检测、恢复重发等.

。

第三层：

网络层处理信息包的传送,支持域内通讯，不支持域间通讯。

网络服务包括应答、减少连接、拆分和重组报文。

智能路由有两种算法，配置和学习。

学习路由学习网络的拓扑结构，首先假龙网络是一个树状的网络拓扑结构。

配置路由工作在环形网络中，数据只会在路由器的一边出现一次。

单点传送路由算法使用学习路由会减少通讯开销、不会增加通讯量。

单点传送使用配置路由可以使用组地址的方式.

。

第四层：

协议的核心传输层

皿公共的事务控制子层处理传输顺序、副本检测

。

。

传输层减少连接、提供可靠的报文传输，提供发送者报文证实鉴别。

。

第五层：

协议的核心会话层

皿会话层实现远程服务访问，提供请求响应机制，这种机制可以建立一个实现

远程过程调用的平台。

。

第六、七层：

表示层、低层应用层

实现网络变量的传输网络管理报文网络诊断报文。

5.2.3协议应用

所有设备之间的相互通讯都应用了协议。

最经济有效地的执行通信协议的方法仍然是直接使用神经元芯片.但是标准允许愿意投资的公司在它们自己选左的微处理器中执行苴协议。

这对于在应用时需要更强大处理器的装巻，在经济上可能比神经元芯片更合算。

包括公司在内的几个公司已经实现了协议的移植，包括怎制的芯片和通用的芯片,已经形成了更加广泛的技术应用开发平台。

埃施朗公布了协议并使其成为709.1控制联网标准下的一个公开标准.所以该协议现在可以自由提供给任何人。

取得协议复制件的简捷方法是访问因特网网站：

并要求709o1的一份复制件.

公司于1999年10月260为这个协议发布了一个能够用在任何处理器上的可下载的参考

例子代码软件。

移植的处理器是68360[四通道通信协议拎制器（）是公司生产的有广泛应用的通用控制芯片.内部集成了微处理器和一些控制领域的常用外碉组件。

它在通信领域的应用有若显著的优越性。

可以说是68302的第二代产品，提尚J'器件运行的各方面性能.增强了辭件的适应性并提商了集成度•一词來自于他有四个串行通信控制器（），但实际上,68360有七个串行通道：

四个，两个串行管理控制器（）和一个串行外碉接口电路（）.]

希望各位同仁特别是在校师生，对于技术有浓厚兴趣的朋友们（当然对于的这款通讯处理器要熟悉一些）能充分利用这份资料认真研究协议的结构定义、处理原理、实现过程，进而推广到国内应用广泛的处理器上。

毕竟软件应用要比硬件的应用更加方便。

协议已经被（美国国家标准协会）正式采纳为标准：

709.11999。

商业用户，请签署协议专利许可协议书然后提交给公司。

协议规范-709.12002当前这个协议规范属于，而不是;这个规范可以作为709.1文档通过“全球工程文档库（）”购买。

注意：

这个文档不能从公司获取.

的协议应用

程序存储空间和数据存储空间统一编址，存放在同一存储空间中。

数据总线和地址总线独立、分开。

取指令和数据是依靠地址泄义区分的。

的系统映像里包括协议、系统库函数、任务调度程序。

协议网络设备应用

网络设备和技术设是构成低层测控网络的基本元素，网络设备包括基于技术的终结器、中继器、路由器、网络适配器、不同类型的收发器放在第六章介绍系列瘦身适配器和胖适配器放在以后章节介绍这里就不再赘述

终结器：

（终端器，终结器，终止器）

。

网络通讯中在通讯过程中会出现一种有害的电气信号在信道上，原因是正常的通讯信号传输到通讯电缆的末端反射回来的发射波，这种反射波会影响正常的通讯信号。

这时我们使用终结器在通讯电缆的末端吸收、削弱反射波的能量，起到保护正常通讯信号的作用。

•不同的网络结构终结器参数结构不同

•对于不同的网络结构的应用

总线结构中终结器在总线两端，需要注意的是总线结构很容易变成混合结构，设备道总线的长度不能超过两米。

当然在应用过程中特别是一些成型产品应用过程中，都是采用手拉手的连接方式来保证总线结构的正常工作。

星型结构菲常好理解的是它和的工作方式是一样的•也就是在网卡端加一个星型终结器就可以了。

环形网络结构也要注意节点的距离问题。

混合结构的终结器的使用还需要在实际应用中仔细调整。

毕竟理论的指导不是万能的,某些场合的现象是现有的平台知识解决不了的.

混合型

•体会终结器的应用功能：

在开发调试阶段，终结器没有明显的效果。

调试现场是一个商业楼的报警和巡更系统,网络结构为总线型、六个网段、127个节点。

起初没有加终结器经常岀现中间网段的节点通讯不上靠近网卡的一部分肖点和末端的石点可以通讯上，使用协议分析仪也只能测岀网络的干扰比较大。

困扰了一段时间后，添加终结器，网络通讯完全正常•结论是反射波的影响范用应该是和末端有一段距离的节点通讯，在设汁和工程调试过程中需要注意这点。

中继器：

（）

中继器（）是物理层上而的连接设备•主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。

由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一泄程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。

中继器就是为解决这一问题而设计的。

它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。

・中继器两端是相同的的媒体，也就是说中继器在一个通讯信道内.

・中继器完成中继的同时会产生通讯延时，所以不能无限制的使用中继器来延长信道长度.

•一般来说一个通道最多使用两个中继器•否则信道的通讯参数就受影响发生变化.

路由器：

将两个信道物理地连接起来的一种右点.路由器的每一端都能接收数据包，并决泄是否需要传输数拯包，如果需要的话，则传输路由器另一端信道上的数拯包。

在数拯包传输过程中，路由器必然会造成一些延迟。

可将路由器配置成为以下几种类型：

1）中继器:

转发所有数据包，这个工作模式和前而的那个中继器是一样的，就是价格要比前而的那个要髙的多而已，没有人会这么做的。

但是有一点需要注意的就是前面的那个中继器起作用的同一类型的收发器，而这个中继器可以是不同的收发器？

？

2）固定中继器：

转发所有数据包.子网能跨越固定重复器。

3）桥:

转发指立域中的所有数据包。

同中继器一样，网桥也仅仅是简单地在两个通道间向前传送消息包。

所不同的是，它必须完成所传送消息包的域地址匹配，也就是说，将要传送的消息包按其域地址传送，而不会传送到其它的域去。

网桥可实现多通逍、单子网。

4）固定桥:

转发指建域中的所有数据包•子网能跨越固定桥.

5）学习路由器：

只将数据包按规左路线发送给指泄的域.在这里，路由器的作用如同一个桥梁，当学习拓扑结构时，它会减少转发的数据包数疑。

如果在拓扑结构中不正确地移动、配置路由器，则学习路由器容易发生故障.学习路由器可以监视网络的通信量并且学习域/子网的网络拓扑关系，然后应用它所学的知识在通逍间有选择地路由消息包。

学习路由器不能学习组编址的拓扑关系，也就是说，它不能路由使用组编按址的所有消息包•所谓学习网络拓扑关系，实际上是通过学习建立自己的路由表。

6）配程路由器：

只将数据包按规龙路线发送给指定的域。

配程路由器基于配置表来转

发数据包.这是最可靠的和最有效的路由器类型。

能通过路由器的或子网/节点的地址对路由器的每一端进行寻址。

配置路由器能借助内部的路由表在通逍间有选择地路由消息包。

内部的路由表是由网络管理器建立的.网络管理器可以通过建立子网地址及级地址的路由表来优化网络的通信能力,使网络的通信量达到最佳.

7）（冗余路由器）：

连接相同的两个信道的两个或更多路由器。

当信道上的节点不能相互通信时，通常使用冗余路由器，以使两个信道具有连通性。

它们还能用于物理冗余（即所有节点都能与两个路由器进行通信），这样即使在丢失一个路由器的情况下，网络也能正常运行。

为了防止循环，必须将所有冗余路由器设置为配置路由器.

8）学习路由器以及配置路由器的选择

近端和远端:

在路由器的两个通讯信道中，靠近通讯适配器的一边称作近端另一边就是远端.在应用过程中安装上路由器后，未配置之前能与网卡通讯的一端就是近端。

智能路由器有两种：

学习路由器、配置路由器。

网络的拓扑结构包括总线、星型、环形、混合型。

智能路由器的选择必须考虑以下几点：

1学习路由器的学习过程中会影响正常的网络通讯。

2学习路由器不能应用在环形网络中，它无法精确地建立环形网的配置路由表。

3学习路由器不断在学习它会依照网络拓扑的变化而修改自己的路由表。

4学习路由器中的路由表不必显式编程。

5学习路由器无法建立组地址路由表，但是配置路由器能路由组编址传送的消息包.前面介绍的设备的结构图和名词解释：

节点：

。

在网络中进行通信的节点。

一个节点可以是•个应用节点，

也可以是•个路由器。

在文档中，通常将节点称作“”，

有时也称作

桥：

。

路由器的一种工作模式；

中继器:

可以使两个收发器组成的电气设备，同时路由器也可以实现这个设备的功能。

通道：

。

连接节点的通信介质。

由一个物理层重复器连接起来的多个段组成

一个信道。

路由器用于连接两个信道。

子网:

。

一个域中的节点逻辑集合，英中最多包含127个节点。

一个域中可有最多255个子网。

一个子网中的所有节点必须在相同的段上。

子网不能跨越非固定类型的路由器。

网关：

。

同时属于两个域间的设备，实现域间通讯。

域：

2信道上的节点逻辑集合。

只有在相同域中配宜的步点才有可能相互直接通信。

路由器:

将两个信道物理地连接起来的一种节点。

网络适配器：

能连接到主机的一种技术设备，其中装有第6层协议.按照计算机接口分类:

接口、接口、接口、串口、并口、接口（系列放在后而的章节介绍）。

不同的适配器应用在不同的场合，适配器的使用也直接工程应用的最后结果.

接口:

U1020网络接口设备型号：

75010、75020-1和75020—2

・提供了一个非常方便的笔记本网络接口设备，也有同类产品：

•U10自由拓扑双绞线（10）和U20电力线（20波段）信道；

•驱动程序适用于2000、和2003;

・基于'和用的应用程序相兼容，和™相兼容：

U10和U20是一个低成本、接口方便的网络接口设备.U10网络接口设备能够利用英可以随意插拔的连接端子，直接连接10自由拓扑双绞线（709.3）信道，并且完全兼容信道。

U20网络接口设备能够通过一个插入式的耦合电路/电源（包含在该产品中）连接20电力线（709.2）信道。

U20网络接口设备还可以直接连接到10-18V直流电力线上，并且不需要耦合电路。

U10和U20接口设备通过设计论坛认证，并兼容2.0。

此外,U10和U20接口设备的设计还遵循微软兼容性认证检测机构的要求。

当然设备在应用过程中的存在版本和设备接口电流问题，在使用过程中要特別注意.

接口：

21网络适配器型号：

74501,74502,74503和74504

•32位网络适配器，可用于3.3Y或者5V插槽的计算机；

•支持98/2000和的即插即用功能：

•可以通过网络下载更新固件程序而不需要拆卸或者更换硬件；

•3150智能收发器、485收发器、78收发器、1250收发器：

•网络服务接口

（一）支持基于的应用：

•使用巩驱动程序可以对第5层的操作；

•得到、.和.认证。

21网络适配器是一个高性能的接口，它能够适用于任何3.3V或5V32位总线接口运行可兼容操作系统的计算机•该网络适配器为需要用计算机监视、管理或者诊断控制网络的应用而设计，它非常适合工业控制、楼宇自动化和过程控制应用等.21适配器的特点是集成了双绞线收发器、并带有可下载的存储器和网络管理接口，同时还支持98/2000和的即插即用功能。

21适配器不仅为工具的操作提供基于网络服务接口的功能，还为基于®工具或者驱动程序的操作提供与微处理器接口程序（-）相兼容的网络接口功能。

21适配器包括一个安装软件，你也可以从公司英文网站的下载中心（）免费下载。

这个软件包括一个控制面板程序（）和支持98/2000以及的驱动程序。

控制而板提供了一种简单的手段来设宜和修改适配器的安装参数、对适配器进行诊断操作、并能显示错误信息。

该适配器支持即插即用操作，安装非常简单.21适配器的模式适用于基于的网络操作系统，例如工具或者。

21适配器的模式适用于基于的应用。

在和模式下，适配器允许把主机作为一个应用设备，这时适配器处理较低层操作，例如介质访问控制、冲突处理、报文确认、证实和优先级处理等，计算机上运行特左的应用程序。

主机应用程序，包括它的网络变量，可以在任何时候进行更改而不需要修改适配器。

该适配器的固件可以通过21驱动程序从主机下载.这样，当新版本的固件发布时，适配器可以及时得到更新，而不需要拆卸或者更换21适配器.这个特性延长了适配器的有效使用时间，并降低有关软件和固件升级时所需要的时间和费用。

接口适配器：

10适配器

•半长16位总线适配卡

•支持95/9820004.0的即插即用功能

•可以通过下载工具更新固件

•集成了10A,78,1250收发器

•支持应用程序

•得到、。

和。

认证。

当然现在的这款接口卡已经接近淘汰的边缘，工作站上有接口的已经不多见了，而且这款接口卡本身的性能，比较起来是菲常低的。

但是在一些场合它还是可以发挥自己的作用，例如在嵌入式产品平台386上，提供接口的驱动程序，或者使用来实现网络管理的应用•无论是性能还是价格来讲使用10要比自己开发驱动板要好很多。

还有英它的接口卡包括卡、并口、串口等在不同场合使用不同的接口卡达到最佳的性能价格比•在一些工程应用中，的应用工程师在工作站上使用了多个20接口卡，而监控软件也支持这种做法。

这样做的原因是接口卡本身的性能不是非常的卓越，经常岀现问题，而多个适配器同时工作会解决这一问题。

这个问题也体现在的路由器上。