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供稿︰摩莎科技(上海)有限公司 2002/7/18 18:19:00

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[摘要]
本文介紹了雙層網絡平台的基本模式,並著重討論了利用串口聯網技術配合現有聯網模式,低成本構建雙層網絡控制層面的理論依據和相關運行機制。
[關鍵詞]
串口聯網技術、雙層網絡平台、信息流分離、失效保護
1、問題的提出(引言)
隨著計算機技術,微電子技術和通信技術的發展,出現了多種聯網技術,並有多種網絡架構共同存在。雖然近年來,以TP/IP和ETHERNET為代表的成熟的開放式聯網技術,在科學研究、信息處理等方面展現出其獨特的優勢,但是單一的網絡連接方式,面對目前更多應用領域聯網所要求的高帶寬速率、高可維護性、高可靠性仍顯力不從心,尤其在網絡失效保護、網絡控制管理等方面存在較多問題。
由此,利用傳統的串口通信聯網技術,配合現有的C/S開放聯網模式,低成本拓展構建安全高效的雙層網絡平台,成為解決上述問題的一種嘗試性方案。
2、雙層網絡的基本模式
所謂雙層網絡,實際上是將“網絡控制信息”與“網絡數據信息”分離,在各個計算機結點之間形成控制信息流與數據信息流分離的雙層通訊通道。其中,數據流傳遞依靠目前流行的以TCP/IP和ETHERNET為代表技術的高速網絡架構,而控制信息流則主要依托靈活的串行聯網技術解決(如“雙層網絡示意圖”所示)。
當然,這種雙層網絡的模式還是區別于計算機內部數據總線與控制總線分離模式的。雙層網絡對于其網絡間傳遞的數據並不是絕對意義上得分類傳送,而是在非失效狀態下的分類傳送,即在單一網絡連接失效,或者某層網絡體系面臨癱瘓威脅時,雙層網絡的安全運行機制將利用剩余的網絡鏈路進行備援式工作,對數據進行混合傳遞,以保障網絡應用的持續性。
應該特別指出的是,雙層網絡是“並行”意義上的雙層網絡,並不是把以太設備與串行設備的簡單連接。其中,控制信息和數據信息也不是絕對劃分的,控制信息更多是指用于管理和控制設備的信號,更多的保障通訊的控制信息仍和網絡數據一起混合傳送。
雙層網絡平台有如下特點︰
•實現信息流分離
•網絡局部冗余
•屬于物理上的安全網絡
•多種聯網技術並存
當然,雙層網絡平台中的每一層都使用同一種聯網技術,進行完全意義上的冗余配置,也是可行的,其效益將體現在易用性上,但其在建設成本和系統廣泛兼容方面將失去一些優勢,因此不作為雙層網絡架構的主要推薦模式。
另一方面,不使用控制信息與數據信息分流技術,僅利用傳統的成熟的通信協議,配合雙層網絡的物理架構,針對現有的網絡需求,在眾多領域已經有較為廣泛的應用前景。但這種應用方式沒有深入地挖掘雙層網絡架構的傳送優勢,尤其是在網絡正常運行的狀態下,遠未達到網絡的運行的最高效率。

3、利用串口技術構建控制層面的理論依據
利用串口通信聯網技術構建控制層,是雙層網絡平台應用的重要技術特點,也是雙層網絡平台展現其應用優勢的保障。
1)串口聯網技術日益成熟
從RS-232到RS-422、再到RS-485,串行通信標準在不斷得向前發展,通信距離短,速率低已不再成為影響串口通信應用的缺陷。相反,串口聯網技術已經解決了多點雙向的傳輸問題,已經成為一種極為經濟,並具有相當高噪聲抑制、傳輸速率、傳輸距離和寬共摸範圍的通信技術。
由于RS-485串行總線與持長距離、高傳輸率和較強的抗干擾能力,所以應用于控制系統中十分可靠穩定的。
根據系統工作環境要求和系統可靠性要求,可以靈活調整傳輸參數,尤其是利用對傳輸波特率的調整,可以在傳輸距離和傳輸速率之間找到平衡點,以達到更高的應用要求。
2)低成本高兼容性擴展
采用串口聯網技術構建雙層網絡平台中的控制層面,不需要對現有計算機進行大規模改造,即可實現立即聯網,而針對其它多種串口設備的立即聯網則更為容易。即使有多種串行接口存在于同一網絡上,它們之間的轉換也十分方便。特別對于那些實時系統,不需要中斷運行,也可以實現網絡升級。
3)現有串口聯網設備的支持
使用串口技術建立雙層網絡平台,是十分方便快捷的,因為已經有許多成熟的串口聯網設備為之提供支持。較為成熟的產品有嵌入式串口網絡接入設備、串口電源開關管理服務設備、串口聯網服務器、網絡共享器以及路由器設備。也就是說對于串口聯網硬件設備而言,是相當成熟的。
4、雙層網絡平台的運行失效保護。
失效保護是雙層網絡平台的重要運行機制,主要解決網絡運行故障保護問題。眾所周知,在許多應用領域內,對網信平穩運行的要求非常高。對于單一鏈路網絡,一旦受損,即使能迅速啟動備援系統,也不可能實現完全意義上的透明過度。
而雙層網絡的架構就很好的解決了這個問題。一旦基于TCP/IP的鏈路受損,甚于串行接口的網絡即可接替其承擔信息傳遞任務。同樣,基于TCP/IP的鏈路也可以作為控制信息傳遞的後備鏈路。當然,網絡運行在失效保護狀態時,其傳輸能力將明顯下降,此時可對受損網絡進行維護,以盡快使用網絡正常運行。
5、目前存在諸多應用問題
1)信息流分離與合並
構建雙層網絡平台,尤其重要的是數據信息與控制信息的分離與合並。正常運行的網絡中兩種數據是分離的,而非正常運行的網絡中,兩種數據是合並的。由此,需要對通信協議作一定擴展性研究,要求在失效狀態下啟用特定的協議作為通信的規則保障。
2)監控的設置
對于監測網絡的正常,即要求網絡中的兩層相互檢測。而對于其實現,可以有軟件和硬件兩種方式。其中軟件監測主要針對端口狀態進行,而硬件監測主要通過對數據流的檢查進行。至于網絡切換當然要依據監測的結論實施。
6、相關技術的展望
雙層網絡,主要是針對一些網絡運行的特殊要求提出的解決方案。由于其網絡架構的冗余性,雖然在一定程度上提高了網絡運行成本,但其對于網絡穩定性的提高是顯而易見的,因此在許多領域都有著非常廣闊的應用前景,特別是在產業自動化控制領域。
我們主要討論了建立雙層網絡平台的嘗試性方案。雙層網絡的實際應用還有待于通訊協議和相關聯網設備的完善,而目前實際應用中的多種聯網技術和網絡架構更多的是一種網絡層技術上的相互連接。這里討論的雙層網絡問題,更多的是基于信息流的研究,這對于提高網絡安全將更為有利。尤其需要指出的是,更深層次上的對數據流與控制流的研究,將對網絡拓撲的更新與發展有很大的促進。




[參考文獻]
王乘發、劉岩,《微型機接口技術》,高等教育出版社。
周清明,《微型計算機硬件軟件及其應用》,清華大學出版社。

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