光纖實時以太網(wǎng)MAC協(xié)議的設計與實現(xiàn).pdf

1、長期以來,工業(yè)自動化領(lǐng)域采用的現(xiàn)場總線標準眾多,各具特點,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)域主導的網(wǎng)絡技術(shù),它具有成本低廉、通信速率高、標準統(tǒng)一、兼容性好等優(yōu)點。于是人們期望將以太網(wǎng)擴展到工控領(lǐng)域中,實現(xiàn)管理層到工業(yè)現(xiàn)場層通信網(wǎng)絡的一體化。然而工業(yè)自動化網(wǎng)絡必須滿足嚴格的實時性與時間確定性要求,而這恰恰又是以太網(wǎng)的弱勢。實時以太網(wǎng)(Real-time Ethernet, RTE)技術(shù)的出現(xiàn),解決了這個問題。

2、它是在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上,對其進行擴展或改進,以滿足工控領(lǐng)域嚴格的實時性要求。本文將光纖接入網(wǎng)領(lǐng)域廣泛采用的以太無源光網(wǎng)絡(Ethernet Passive Optical Network, EPON)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域,提出了基于點對多點無源光網(wǎng)絡的實時以太網(wǎng)(Real-time Ethernet Passive Optical Network, REPON)。與現(xiàn)有的實時以太網(wǎng)標準相比較,REPON網(wǎng)絡繼承了無源光網(wǎng)絡的優(yōu)點,并且通過

3、其實時媒質(zhì)接入控制(Media Access Control, MAC)協(xié)議,達到更高的實時性能。本文主要針對REPON實時媒質(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時以太網(wǎng)技術(shù),并從網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)鏈路層實時媒質(zhì)接入控制協(xié)議這兩個方面介紹具有實時用戶業(yè)務支持能力的REPON新型實時光纖以太網(wǎng)協(xié)議總體結(jié)構(gòu)與設計。2)在FPGA(Field Programmable

4、Gate Array)平臺上實現(xiàn)了中心節(jié)點與接入節(jié)點的實時媒質(zhì)接入控制協(xié)議,詳細分析各主要模塊的工作原理及實現(xiàn)方法,并仿真驗證實時MAC的功能。結(jié)果表明該硬件控制器可以滿足較高的實時性要求,實現(xiàn)用戶業(yè)務的實時接入。3)以CAN(Controller Area Network)實時業(yè)務接入為例,在硬件平臺上搭建了一個可靠運行的百兆REPON-CAN試驗網(wǎng)絡,以驗證REPON MAC協(xié)議的可行性與可靠性。測試結(jié)果表明,該試驗網(wǎng)絡具有較低的誤