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【摘要】：分析比較了傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)的特性和適用范圍，說明對(duì)于有實(shí)時(shí)處理要求的信息管理系統(tǒng)，可采用兩種技術(shù)的分層次的綜合互連，以兼顧實(shí)時(shí)控制和辦公管理的不同需求。

【關(guān)鍵詞】：信道競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)；令牌傳送協(xié)議；實(shí)時(shí)控制；服務(wù)質(zhì)量(QoS)

1．以太網(wǎng)與令牌網(wǎng)的特性分析與適用范圍

傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有以太網(wǎng)（IEEE802.3）、令牌總線網(wǎng)(IEEE802.4)及令牌環(huán)網(wǎng)（IEEE802.5）。以太網(wǎng)（IEEE802.3）采用CSMA/CD協(xié)議,它使用的是信道競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，在輕負(fù)載時(shí)延遲小，重負(fù)載時(shí)因沖突發(fā)生頻繁，而使延遲加大，甚至可能發(fā)送失敗，即重負(fù)載時(shí)傳送效率很低。令牌總線網(wǎng)（IEEE802.4）和令牌環(huán)網(wǎng)（IEEE802.5）雖然拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，但都采用令牌傳送協(xié)議，持有令牌的站點(diǎn)可占用信道來傳輸數(shù)據(jù)，令牌按順序傳遞，該協(xié)議是無沖突協(xié)議，在輕負(fù)載是延遲較大，需要等待令牌的到來，而重負(fù)載時(shí)效率高，近乎100％。

以太網(wǎng)因其協(xié)議簡單、使用方便而在信息管理方面得到廣泛應(yīng)用，成為局域網(wǎng)領(lǐng)域的流行標(biāo)準(zhǔn)。它在日常生活中用的最多，發(fā)展最快（10M/100M/1000M/10G）。但以太網(wǎng)本身的競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議造成的不確定性（對(duì)各工作站，不能保證在給定時(shí)間內(nèi)獲得發(fā)送權(quán)），使它不適用于實(shí)時(shí)處理領(lǐng)域，如實(shí)時(shí)生產(chǎn)調(diào)度、實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理（包括多媒體信息系統(tǒng)）等。它不能保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)，這是IEEE82.3/以太網(wǎng)最大的缺點(diǎn)，也是它們常受到挑戰(zhàn)的原因。

實(shí)際上，以太網(wǎng)也在不斷的改進(jìn)技術(shù)，如全雙工、交換式以太網(wǎng)都是為了克服CSMA/CD這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議的限制,提高系統(tǒng)的吞吐率和效率；還在原有的標(biāo)準(zhǔn)中增加了IEEE802.IP標(biāo)準(zhǔn)，提供了優(yōu)先級(jí)的區(qū)分CoS(ClassofService)的功能，在網(wǎng)絡(luò)擁擠時(shí)，以太網(wǎng)將優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包。但這些局部改進(jìn)仍不足以保證它的QoS。最新推出的10G以太網(wǎng)放棄了CSMA/CD協(xié)議，應(yīng)用范圍從局域網(wǎng)擴(kuò)展到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，但還是繼承了以太網(wǎng)一貫的弱QoS特點(diǎn)。

IEEE802.4和IEEE802.5都能保證工作站在給定時(shí)間內(nèi)獲得發(fā)送權(quán)，而且還分別設(shè)置了數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)和工作站的優(yōu)先級(jí)因此，因此可實(shí)現(xiàn)有保障的可分級(jí)的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，它們能夠保證實(shí)時(shí)性和可靠性。現(xiàn)在自動(dòng)化領(lǐng)域積極采用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，也使用了類似的令牌傳送協(xié)議，以保證信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高。

因此，IEEE802.3/以太網(wǎng)常用于辦公自動(dòng)化，以及MIS系統(tǒng)等應(yīng)用中。而IEEE802.4和IEEE802.5可以用于實(shí)時(shí)控制。對(duì)于有實(shí)時(shí)處理要求的信息管理系統(tǒng)，如企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度和管理系統(tǒng)、網(wǎng)上定購遠(yuǎn)程制作的實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)等。可在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分級(jí)：底層（控制層）采用實(shí)時(shí)性能較好的協(xié)議技術(shù)，如令牌協(xié)議技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；上層（信息層）采用信息管理的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議以太網(wǎng)技術(shù)，以便于接入互連網(wǎng)。

2．實(shí)例說明-用于工廠自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化的局域網(wǎng)

下面先簡單介紹應(yīng)用于工廠自動(dòng)化中的MAP/TOP網(wǎng)。MAP/TOP網(wǎng)用于工廠自動(dòng)化和辦公室自動(dòng)化局域網(wǎng)，MAP是ManufacturingAutomationProtocal的縮寫，TOP是TechnicalandOfficeProtocal的縮寫。MAP是美國通用汽車公司GM提出的一種用于生產(chǎn)自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)議，而TOP是由美國波音公司開發(fā)的一種用于辦公室自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)議。產(chǎn)生MAP和TOP的背景十分相似。在通用汽車公司有40，000個(gè)可編程序的設(shè)備，可是這些設(shè)備來自很多不同的廠家，其中只有15%可互相通信，幾乎有50%的自動(dòng)化投資用來解決這種設(shè)備間無法通信的不兼容問題，于是從1980年開始GM開始著手開發(fā)指定一種使用于工廠的局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，并于1982推出第一個(gè)MAP版本MAP1.0，與此同時(shí)，波音公司也遇到類似的問題，1980年，波音公司有45臺(tái)主機(jī)，400臺(tái)小型機(jī)以及近20.000臺(tái)工作站或終端，這些設(shè)備來自85個(gè)不同廠商，1982年波音公司開始著手開發(fā)制定用于辦公自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)議，此后，分別建立了MAP擁護(hù)協(xié)會(huì)和TOP擁護(hù)協(xié)會(huì)，并于1986年合并成MAP/TOP協(xié)議中相當(dāng)一部分是和ISO/OSI的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)兼容，它也是七層結(jié)構(gòu)。

由于集成制造系統(tǒng)各部分對(duì)通信要求的差別很大，采用單一的ISP/OSI模型是不實(shí)際的，應(yīng)該根據(jù)不同的要求選擇不同的網(wǎng)絡(luò)，并且通過網(wǎng)絡(luò)互連構(gòu)成一個(gè)綜合的通信網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到優(yōu)化的結(jié)果。例如，在實(shí)時(shí)控制情況下，網(wǎng)絡(luò)通信的響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)，但是每次傳送的數(shù)據(jù)量很小，而在工廠辦公室環(huán)境下，計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)之間往往有大量數(shù)據(jù)需要傳送，傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間達(dá)幾秒，甚至幾分鐘，因此建立計(jì)算機(jī)之間連接的時(shí)間相對(duì)來說就不十分重要了。

在TOPLAN中，由于是生產(chǎn)控制一起掛連，所以要求實(shí)時(shí)性能高，其選用的是TOP協(xié)議，而TOP協(xié)議在介質(zhì)訪問控制MAC協(xié)議選用的是802.4的TokenBuss。在主干網(wǎng)MAPLAN中，掛接的是質(zhì)量控制與工件運(yùn)輸，其要求傳輸數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)要求不高，因此選用了MAP協(xié)議，MAP協(xié)議中又是選用以太網(wǎng)中的CSMA/CD協(xié)議。由于各部分LAN對(duì)通信要求不一樣，所以選用了不同的協(xié)議。各主干通過路由器和網(wǎng)橋等將各協(xié)議有機(jī)的結(jié)合起來，以達(dá)到優(yōu)化的結(jié)果。通過分級(jí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)的集成，既兼顧了實(shí)時(shí)性又便于信息管理。

3．結(jié)束語

本文對(duì)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)常用的以太網(wǎng)(IEEE802.3)和令牌網(wǎng)(IEEE802.4或IEEE802.5)的特性進(jìn)行了比較分析。以太網(wǎng)因其協(xié)議簡單、使用方便而在信息管理方面得到廣泛應(yīng)用，在局域網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展最快，但它因?yàn)閰f(xié)議本身的原因，不能保證服務(wù)質(zhì)量QoS(主要是實(shí)時(shí)性和可靠性不能保證)，使它不適合實(shí)時(shí)處理領(lǐng)域。令牌網(wǎng)雖然現(xiàn)在使用較少，但它的協(xié)議技術(shù)能保證實(shí)時(shí)性和可靠性，值得我們?cè)趯?shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理等領(lǐng)域借鑒和運(yùn)用它的相關(guān)技術(shù)。而且，通過實(shí)例說明說明，對(duì)于有實(shí)時(shí)處理要求的信息管理系統(tǒng)，一個(gè)好的方法是把兩種協(xié)議技術(shù)分層次實(shí)現(xiàn)并綜合互聯(lián)，以同時(shí)滿足底層的實(shí)時(shí)控制和上層的信息管理的不同需求。

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