一種硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)技術(shù)

為了能夠在不改變現(xiàn)有以太網(wǎng)硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上給網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸提供保障，該文利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議RISE，從理論和實踐上研究了如何設(shè)計和構(gòu)建一種具有硬實時、軟實時和非實時數(shù)據(jù)混合傳輸能力的硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)能滿足硬實時、軟實時和非實時數(shù)據(jù)混合傳輸?shù)囊蟆?BR>關(guān) 鍵 詞 實時以太網(wǎng)協(xié)議; 實時通信控制; 總線表; 硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)

以太網(wǎng)(Ethernet)具有技術(shù)成熟、協(xié)議簡單、快速、低耗且兼容性好等特點，但其所采用的是帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD協(xié)議，CSMA/CD協(xié)議能夠檢測到碰撞的發(fā)生。如果發(fā)生碰撞，則采用避免沖突的二進制指數(shù)回退機制，使得Ethernet不具有實時性[1-2]。
文獻[3]對IEEE802.4標準[4]進行了深入研究，在現(xiàn)有以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了具有軟實時及非實時數(shù)據(jù)通信功能的RETHER協(xié)議。但該協(xié)議對硬實時的數(shù)據(jù)通信卻很難保證。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的增加，人們希望得到更多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[5]，因而提出并實現(xiàn)了一種硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)(Hard-Real-Time Integrated Services Ethernet, RISE)的傳輸解決方案。
1 RISE混合傳輸通信技術(shù)
RISE是基于不改變現(xiàn)有以太網(wǎng)硬件設(shè)施而開發(fā)的一種通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過模式仲裁器在RTCC模式[6]與RETHER模式[3]兩者間相互交替工作，實現(xiàn)硬實時、軟實時、非實時數(shù)據(jù)混合傳輸。RISE系統(tǒng)包括主控站(MS)、監(jiān)控站(Moni)和基本終端(BT)三類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。RISE設(shè)計具有以下五大類功能。
1) 提供包括節(jié)點類型、節(jié)點功能、節(jié)點地址的初始化配置。
2) 基于以太網(wǎng)上的綜合業(yè)務(wù)通信功能：(1) 硬實時數(shù)據(jù)通信時，主控站順序執(zhí)行總線表，啟動和控制消息傳輸，以此保證硬實時通信。用戶使用編程接口，經(jīng)RISE通信協(xié)議棧，在主控站管理控制下收發(fā)消息，獲得硬實時通信保障。(2) 軟實時數(shù)據(jù)通信時，主控站通過調(diào)用總線表中的令牌傳遞消息構(gòu)建令牌環(huán)，并確定令牌輪轉(zhuǎn)時間和令牌保持時間，以控制軟實時數(shù)據(jù)的傳輸。用戶使用編程接口，經(jīng)RISE通信協(xié)議棧，根據(jù)令牌的輪轉(zhuǎn)時間獲得軟實時通信保障。(3) 非實時數(shù)據(jù)通信時，主控站通過調(diào)用總線表中的令牌傳遞消息構(gòu)建令牌環(huán)，非實時數(shù)據(jù)可根據(jù)令牌環(huán)機制進行傳輸。用戶使用基于TCP/IP協(xié)議的系統(tǒng)編程接口，RISE通信協(xié)議棧識別出數(shù)據(jù)是TCP/IP協(xié)議發(fā)送的非實時數(shù)據(jù)后，根據(jù)令牌傳輸機制傳輸數(shù)據(jù)。
3) 完善的網(wǎng)絡(luò)傳輸監(jiān)管機制，支持網(wǎng)絡(luò)站點在線監(jiān)控、統(tǒng)計、加入和退出。
4) 用戶可選的配置、裁減功能，簡單、易用的用戶編程接口，自動生成總線調(diào)度表。
5) 完全滿足健壯性、可維護性、可擴展性、可配置性設(shè)計指標。