2.3.4.1 Протоколы реального времени

Для

обеспечения

гарантированного

времени

реакции

используют

протоколы реального времени:









Profinet

EtherCAT

Ethernet Powerlink

Ether/IP

Эти протоколы в различной степени модифицируют стандартный стек

TCP/IP, добавляя в него:









функции синхронизации

новые алгоритмы сетевого обмена

диагностические функции

методы самокорректировки

Канальный

и

физический

уровни

Ethernet

при

этом

остаются

неизменными. Что позволяет использовать протоколы реального времени в

существующих сетях Ethernet с использованием стандартного сетевого

оборудования.

2.3.4.2 Резервирование каналов и кольцевая топология

Для обеспечения защиты каналов связи от единичного отказа необходимо

их

резервировать.

Резервирование

неизбежно

ведет

к

возникновению

кольцевых участков сети – замкнутых маршрутов. Стандарт Ethernet,

предусматривает только древовидную топологию и не допускает кольцевых,

так как это приводит к зацикливанию пакетов.

Современные коммутаторы, как правило, поддерживают дополнительный

прокол Spanning Tree Protocol (STP, IEEE 802.1d), который позволяет создавать

кольцевые маршруты в сетях Ethernet. Постоянно анализируя конфигурацию

сети, STP автоматически выстраивает древовидную топологию, переводя

избыточные коммуникационные линии в резерв. В случае нарушения

целостности построенной таким образом сети (обрыв связи, например), STP в

считанные секунды включает в работу необходимые резервные линии,

восстанавливая древовидную структуры сети. Этот протокол не требует

первичной настройки и работает автоматически.

Более мощная разновидность данного протокола - Rapid Spanning Tree

Protocol (RSTP, IEEE 802.1w), позволяющая снизить время перестройки сети до

нескольких миллисекунд. Протоколы STP и RSTP позволяют создавать

произвольное количество избыточных линий связи и являются обязательным

функционалом

для

промышленных

коммутаторов,

применяемых

в

резервированных сетях.

122

2.3.4.3 Отличия от обычного Ethernet

 Стандарты на кабели и разъемы, удовлетворяющие специфическим

требованиям промышленности: усиленное экранирование, стойкость к

агрессивным средам и т. п.

 Специальные стандарты и устройства для связи с подвижными

объектами: гибкие кабели, устройства беспроводной связи

 Дополнение

стека

протоколов

TCP/IP

протоколом

RFC 1006

обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших

объемов информации, что характерно для обмена данными между

промышленными контроллерами

 C помощью специальных коммутаторов можно организовать кольцевую

топологию, которая при обрыве восстанавливает связь, то есть находит

новый

путь

для

передачи

данных

значительно

быстрее,

чем

применяемый в обычных сетях "алгоритм избыточного дерева"

 Частое

использование

наряду

со

стеком

протоколов

TCP/IP

Специфического стека протоколов ISO Transport Protocol

2.3.5

Интерфейс LIN

LIN (Local Interconnect Network) – стандарт промышленной сети,

разработаны

консорциумом

европейских

автопроизводителей

и

других

известных компаний, включая Audi AG, BMW AG, Daimler Chrysler AG,

Motorola Inc., Volcano Communications Technologies AB, Volkswagen AG и

VolvoCar Corporation. Протокол LIN предназначен для создания дешёвых

локальных сетей обмена данными на коротких расстояниях. Он служит для

передачи входных воздействий, состояний переключателей на панелях

управления и так далее, а также ответных действий различных устройств,

соединённых в одну систему через LIN, происходящих в так называемом

«человеческом» временном диапазоне (порядка сотен миллисекунд).

Основные задачи, возлагаемые на LIN консорциумом европейских

автомобильных производителей - объединение автомобильных подсистем и

узлов (таких как дверные замки, стеклоочистители, стеклоподъёмники,

управление магнитолой и климат-контролем, электролюк и так далее) в единую

электронную систему. LIN-протокол утверждён Европейским Автомобильным

Консорциумом как дешёвое дополнение к сверхнадёжному протоколу CAN.

LIN и CAN дополняют друг друга и позволяют объединить все

электронные автомобильные приборы в единую многофункциональную

бортовую сеть. Причём область применения CAN - участки, где требуется

сверхнадёжность и скорость; область же применения LIN - объединение

дешёвых узлов, работающих с малыми скоростями передачи информации на

коротких

дистанциях

и

сохраняющих

при

этом

универсальность,

многофункциональность, а также простоту разработки и отладки. Стандарт LIN

включает технические требования на протокол и на среду передачи данных.

Как последовательный протокол связи, LIN эффективно поддерживает

123

управление электронными узлами в автомобильных системах с шиной класса

«А» (двунаправленный полудуплексный), что подразумевает наличие в системе

одного главного (master) и нескольких подчинённых (slave) узлов.

2.3.6

Технология PLC

PLC (Power Line Communication/Carrier) –

относительно

новая

телекоммуникационная

технология

категории

«последняя

миля».

Так

называемый

«Интернет

из

розетки»,

базируется

на

использовании

внутридомовых и внутриквартирных электросетей для высокоскоростного

информационного обмена. В этой технологии, основанной на частотном

разделении сигнала, высокоскоростной поток данных разбивается на несколько

низкоскоростных, каждый из которых передается на отдельной частоте с

последующим их объединением в один сигнал. При этом PLC-устройства могут

«видеть»

и

декодировать

информацию,

хотя

обычные

электрические

устройства – лампы накаливания, двигатели и т. п. – даже «не догадываются» о

присутствии сигналов сетевого трафика и работают в обычном режиме.

Основой технологии Power Line является использование частотного

разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбирается

на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых

передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением

в один сигнал. Реально в технологии Power Line используются 84 поднесущие

частоты в диапазоне 4-21 Мгц.

PLC включает BPL (Broadband over Power Lines – широкополосная

передача через линии электропередачи), обеспечивающий передачу данных со

скоростью более 1 Мбит в секунду, и NPL (Narrowband over Power Lines –

узкополосная передача через линии электропередач) с намного меньшими

скоростями передачи данных.

При передаче сигналов по бытовой электросети могут возникать большие

затухания в передающей функции на определенных частотах, что может

привести к потере данных. В технологии PowerLine предусмотрен специальный

метод решения этой проблемы – динамическое включение и выключение

передачи сигнала (dynamically turning off and on data-carrying signals). Суть

данного метода заключается в том, что устройство осуществляет постоянный

мониторинг канала передачи с целью выявления участка спектра с

превышением определенного порогового значения затухания. В случае

обнаружения данного факта, использование этих частот на время прекращается

до восстановления нормального значения затухания.

Существует также проблема возникновения импульсных помех (до 1

микросекунды), источниками которых могут быть галогенные лампы, а также

включение и выключение мощных бытовых электроприборов, оборудованных

электрическими двигателями.

124

PDSL – технология семейства xDSL, обеспечивающая симметричную

передачу данных со скоростью до 2Мбит/с по силовым кабелям (4-20 кВ),

параллельно с транспортируемым электричеством. Подключение оборудования

PDSL к высоковольтным линиям осуществляется посредством устройств

сопряжения, которые устанавливаются в трансформаторных шкафах.