通信工程師互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速以太網(wǎng)

3.1.4 高速以太網(wǎng)
2000年3月.現(xiàn)場總線基金會FF提出了一種以標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)+TCP(UDP)協(xié)議為底層通信平臺的現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)--高速以太網(wǎng)協(xié)議（HSE,High Speed Ethernet)。高速以太網(wǎng)協(xié)議的核心在于應(yīng)用層和用戶層規(guī)范，以及系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制。表3-1所示的為HSE協(xié)議模型與ISOOSI參考模型的關(guān)系。由表3-1可以看出，HSE增加了用戶層，BP功能塊應(yīng)用進(jìn)程（Function Block Application Process.FBAP)。

HSE最大限度地利用了目前已經(jīng)在商業(yè)領(lǐng)域普及的以太網(wǎng)技術(shù).作為主干網(wǎng)絡(luò)，處于FFH1現(xiàn)場總線的上層位置。作為使用以太網(wǎng)最大障礙的CSMA/CD通訊控制模式，也通過網(wǎng)絡(luò)的高速化以及標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī)方式進(jìn)行了改善，可以奄無妨礙地在實(shí)時(shí)控制中使用。在高速以太網(wǎng)協(xié)議中，實(shí)時(shí)信息通過UDP和以太網(wǎng)協(xié)議發(fā)送，因?yàn)閁DP是一種無需確認(rèn)的傳輸協(xié)議，沒有鏈接建立和關(guān)閉過程，適合于實(shí)時(shí)通信;而非實(shí)時(shí)協(xié)議則通過TCP協(xié)議傳輸。但由于UDP本身不提供可靠傳輸機(jī)制，所以高速以太網(wǎng)協(xié)議詳細(xì)定義了應(yīng)用層協(xié)議以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息的可靠傳輸.而且，高速以太網(wǎng)還在用戶層采用了基于時(shí)間的功能塊調(diào)度機(jī)制，多個(gè)功能塊在不同的時(shí)間段發(fā)送信息，減少了在以太網(wǎng)上產(chǎn)生沖突的概率。并且現(xiàn)場總線所獨(dú)有的現(xiàn)場儀表總線供電方式也通過使用以太網(wǎng)電纜中的備用電纜得到了解決。并且，本質(zhì)安全防爆也通過采用和H1相同的防爆柵方式得到了解決。
圖3-2為高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線HSE的體系結(jié)構(gòu)。HSE是以標(biāo)準(zhǔn)的“以太網(wǎng)+TCP(UDP)/IP”為通佶平臺，定義了應(yīng)用層實(shí)時(shí)通信協(xié)議和用戶層功能塊應(yīng)用進(jìn)程。HSE充分引用現(xiàn)有的商用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：DHCP負(fù)責(zé)HSE現(xiàn)場設(shè)備IP地址動態(tài)分配:SNTP實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備之間的時(shí)鐘同步;SNMP實(shí)現(xiàn)對HSE現(xiàn)場設(shè)備在線管理。

FDA(FieldDeviceAccess〉代理是高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線協(xié)議HSE的核心部分，它為HSE現(xiàn)場設(shè)備之間的通信定義了三種通信模式：客戶/服務(wù)器、發(fā)布者/預(yù)定者以及報(bào)告分發(fā)，這一種不同的通信模式適用于不同的通信場合：
客戶/服務(wù)器通信模型主要用于組態(tài)軟件對現(xiàn)場設(shè)備的變量讀寫，程序上、下栽等：
發(fā)布者/預(yù)定者主要用于現(xiàn)場設(shè)備功能塊之間的輸人/輸出數(shù)據(jù)的傳遞；
報(bào)告分發(fā)通信模型，主要用于報(bào)瞥等突發(fā)信息的通信。
HSE協(xié)議還包括一個(gè)系統(tǒng)管理內(nèi)核（SMK），用于對HSE現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行上電啟動管理,并負(fù)責(zé)設(shè)備中功能塊的調(diào)度。
高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線協(xié)議HSE不僅僅是一種通信協(xié)議，它還包括對設(shè)備的管理、通信的調(diào)度等一系列功能，是一套功能完善的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)規(guī)范。目前，國內(nèi)外多家公司都在開發(fā)基于HSE的現(xiàn)場總線設(shè)備，Smar,ABB以及Emerson等公司的基于HSE的鏈接設(shè)備己經(jīng)通過FF致性測試。國內(nèi)，北京華控、中科院沈陽自動化研究所等單位在HSE鏈接設(shè)備的開發(fā)上已經(jīng)取得許多成果。研究和開發(fā)基于高速以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線協(xié)議不僅能夠讓我們緊跟著目前現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢.也能夠讓我們在現(xiàn)場總線技術(shù)上面不落后甚至于其他公司。同時(shí),研究HSE現(xiàn)場總線協(xié)議也為我們制定具有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)提供了思路和技術(shù)支持。

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