光纖實(shí)時(shí)以太網(wǎng)MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、長(zhǎng)期以來(lái),工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域采用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)眾多,各具特點(diǎn),互通性較差。而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,以太網(wǎng)技術(shù)已成為信息技術(shù)領(lǐng)域主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它具有成本低廉、通信速率高、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。于是人們期望將以太網(wǎng)擴(kuò)展到工控領(lǐng)域中,實(shí)現(xiàn)管理層到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層通信網(wǎng)絡(luò)的一體化。然而工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)必須滿足嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性與時(shí)間確定性要求,而這恰恰又是以太網(wǎng)的弱勢(shì)。實(shí)時(shí)以太網(wǎng)(Real-time Ethernet, RTE)技術(shù)的出現(xiàn),解決了這個(gè)問(wèn)題。

2、它是在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展或改進(jìn),以滿足工控領(lǐng)域嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求。本文將光纖接入網(wǎng)領(lǐng)域廣泛采用的以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernet Passive Optical Network, EPON)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域,提出了基于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)(Real-time Ethernet Passive Optical Network, REPON)。與現(xiàn)有的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)相比較,REPON網(wǎng)絡(luò)繼承了無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn),并且通過(guò)

3、其實(shí)時(shí)媒質(zhì)接入控制(Media Access Control, MAC)協(xié)議,達(dá)到更高的實(shí)時(shí)性能。本文主要針對(duì)REPON實(shí)時(shí)媒質(zhì)接入控制協(xié)議,做了相關(guān)的探索與研究,主要內(nèi)容如下：1)從Ethernet的視角出發(fā),比較現(xiàn)有的幾種具有代表性的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù),并從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)時(shí)媒質(zhì)接入控制協(xié)議這兩個(gè)方面介紹具有實(shí)時(shí)用戶業(yè)務(wù)支持能力的REPON新型實(shí)時(shí)光纖以太網(wǎng)協(xié)議總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)。2)在FPGA(Field Programmable

4、Gate Array)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了中心節(jié)點(diǎn)與接入節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)媒質(zhì)接入控制協(xié)議,詳細(xì)分析各主要模塊的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法,并仿真驗(yàn)證實(shí)時(shí)MAC的功能。結(jié)果表明該硬件控制器可以滿足較高的實(shí)時(shí)性要求,實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)接入。3)以CAN(Controller Area Network)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)接入為例,在硬件平臺(tái)上搭建了一個(gè)可靠運(yùn)行的百兆R(shí)EPON-CAN試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò),以驗(yàn)證REPON MAC協(xié)議的可行性與可靠性。測(cè)試結(jié)果表明,該試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)具有較低的誤