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【摘要】：分析比較了傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)的特性和適用范圍，說明對于有實時處理要求的信息管理系統(tǒng)，可采用兩種技術的分層次的綜合互連，以兼顧實時控制和辦公管理的不同需求。

【關鍵詞】：信道競爭技術；令牌傳送協(xié)議；實時控制；服務質(zhì)量(QoS)

1．以太網(wǎng)與令牌網(wǎng)的特性分析與適用范圍

傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術標準主要有以太網(wǎng)（IEEE802.3）、令牌總線網(wǎng)(IEEE802.4)及令牌環(huán)網(wǎng)（IEEE802.5）。以太網(wǎng)（IEEE802.3）采用CSMA/CD協(xié)議,它使用的是信道競爭技術，在輕負載時延遲小，重負載時因沖突發(fā)生頻繁，而使延遲加大，甚至可能發(fā)送失敗，即重負載時傳送效率很低。令牌總線網(wǎng)（IEEE802.4）和令牌環(huán)網(wǎng)（IEEE802.5）雖然拓撲結構不同，但都采用令牌傳送協(xié)議，持有令牌的站點可占用信道來傳輸數(shù)據(jù)，令牌按順序傳遞，該協(xié)議是無沖突協(xié)議，在輕負載是延遲較大，需要等待令牌的到來，而重負載時效率高，近乎100％。

以太網(wǎng)因其協(xié)議簡單、使用方便而在信息管理方面得到廣泛應用，成為局域網(wǎng)領域的流行標準。它在日常生活中用的最多，發(fā)展最快（10M/100M/1000M/10G）。但以太網(wǎng)本身的競爭協(xié)議造成的不確定性（對各工作站，不能保證在給定時間內(nèi)獲得發(fā)送權），使它不適用于實時處理領域，如實時生產(chǎn)調(diào)度、實時控制和實時信息處理（包括多媒體信息系統(tǒng)）等。它不能保證服務質(zhì)量(QoS)，這是IEEE82.3/以太網(wǎng)最大的缺點，也是它們常受到挑戰(zhàn)的原因。

實際上，以太網(wǎng)也在不斷的改進技術，如全雙工、交換式以太網(wǎng)都是為了克服CSMA/CD這個競爭協(xié)議的限制,提高系統(tǒng)的吞吐率和效率；還在原有的標準中增加了IEEE802.IP標準，提供了優(yōu)先級的區(qū)分CoS(ClassofService)的功能，在網(wǎng)絡擁擠時，以太網(wǎng)將優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包。但這些局部改進仍不足以保證它的QoS。最新推出的10G以太網(wǎng)放棄了CSMA/CD協(xié)議，應用范圍從局域網(wǎng)擴展到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，但還是繼承了以太網(wǎng)一貫的弱QoS特點。

IEEE802.4和IEEE802.5都能保證工作站在給定時間內(nèi)獲得發(fā)送權，而且還分別設置了數(shù)據(jù)優(yōu)先級和工作站的優(yōu)先級因此，因此可實現(xiàn)有保障的可分級的數(shù)據(jù)傳送服務，它們能夠保證實時性和可靠性。現(xiàn)在自動化領域積極采用的現(xiàn)場總線技術，也使用了類似的令牌傳送協(xié)議，以保證信息傳輸?shù)膶崟r性強，可靠性高。

因此，IEEE802.3/以太網(wǎng)常用于辦公自動化，以及MIS系統(tǒng)等應用中。而IEEE802.4和IEEE802.5可以用于實時控制。對于有實時處理要求的信息管理系統(tǒng)，如企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度和管理系統(tǒng)、網(wǎng)上定購遠程制作的實時管理系統(tǒng)等?？稍诰W(wǎng)絡體系結構上進行分級：底層（控制層）采用實時性能較好的協(xié)議技術，如令牌協(xié)議技術、現(xiàn)場總線技術；上層（信息層）采用信息管理的標準協(xié)議以太網(wǎng)技術，以便于接入互連網(wǎng)。

2．實例說明-用于工廠自動化和辦公自動化的局域網(wǎng)

下面先簡單介紹應用于工廠自動化中的MAP/TOP網(wǎng)。MAP/TOP網(wǎng)用于工廠自動化和辦公室自動化局域網(wǎng)，MAP是ManufacturingAutomationProtocal的縮寫，TOP是TechnicalandOfficeProtocal的縮寫。MAP是美國通用汽車公司GM提出的一種用于生產(chǎn)自動化的局域網(wǎng)協(xié)議，而TOP是由美國波音公司開發(fā)的一種用于辦公室自動化的局域網(wǎng)協(xié)議。產(chǎn)生MAP和TOP的背景十分相似。在通用汽車公司有40，000個可編程序的設備，可是這些設備來自很多不同的廠家，其中只有15%可互相通信，幾乎有50%的自動化投資用來解決這種設備間無法通信的不兼容問題，于是從1980年開始GM開始著手開發(fā)指定一種使用于工廠的局域網(wǎng)協(xié)議標準，并于1982推出第一個MAP版本MAP1.0，與此同時，波音公司也遇到類似的問題，1980年，波音公司有45臺主機，400臺小型機以及近20.000臺工作站或終端，這些設備來自85個不同廠商，1982年波音公司開始著手開發(fā)制定用于辦公自動化的局域網(wǎng)協(xié)議，此后，分別建立了MAP擁護協(xié)會和TOP擁護協(xié)會，并于1986年合并成MAP/TOP協(xié)議中相當一部分是和ISO/OSI的協(xié)議標準兼容，它也是七層結構。

由于集成制造系統(tǒng)各部分對通信要求的差別很大，采用單一的ISP/OSI模型是不實際的，應該根據(jù)不同的要求選擇不同的網(wǎng)絡，并且通過網(wǎng)絡互連構成一個綜合的通信網(wǎng)絡，以達到優(yōu)化的結果。例如，在實時控制情況下，網(wǎng)絡通信的響應時間在毫秒級，但是每次傳送的數(shù)據(jù)量很小，而在工廠辦公室環(huán)境下，計算機節(jié)點之間往往有大量數(shù)據(jù)需要傳送，傳送數(shù)據(jù)的時間達幾秒，甚至幾分鐘，因此建立計算機之間連接的時間相對來說就不十分重要了。

在TOPLAN中，由于是生產(chǎn)控制一起掛連，所以要求實時性能高，其選用的是TOP協(xié)議，而TOP協(xié)議在介質(zhì)訪問控制MAC協(xié)議選用的是802.4的TokenBuss。在主干網(wǎng)MAPLAN中，掛接的是質(zhì)量控制與工件運輸，其要求傳輸數(shù)據(jù)量大，實時要求不高，因此選用了MAP協(xié)議，MAP協(xié)議中又是選用以太網(wǎng)中的CSMA/CD協(xié)議。由于各部分LAN對通信要求不一樣，所以選用了不同的協(xié)議。各主干通過路由器和網(wǎng)橋等將各協(xié)議有機的結合起來，以達到優(yōu)化的結果。通過分級結構，實現(xiàn)以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)的集成，既兼顧了實時性又便于信息管理。

3．結束語

本文對局域網(wǎng)標準常用的以太網(wǎng)(IEEE802.3)和令牌網(wǎng)(IEEE802.4或IEEE802.5)的特性進行了比較分析。以太網(wǎng)因其協(xié)議簡單、使用方便而在信息管理方面得到廣泛應用，在局域網(wǎng)領域發(fā)展最快，但它因為協(xié)議本身的原因，不能保證服務質(zhì)量QoS(主要是實時性和可靠性不能保證)，使它不適合實時處理領域。令牌網(wǎng)雖然現(xiàn)在使用較少，但它的協(xié)議技術能保證實時性和可靠性，值得我們在實時控制和實時信息處理等領域借鑒和運用它的相關技術。而且，通過實例說明說明，對于有實時處理要求的信息管理系統(tǒng)，一個好的方法是把兩種協(xié)議技術分層次實現(xiàn)并綜合互聯(lián)，以同時滿足底層的實時控制和上層的信息管理的不同需求。

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