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    胥軍（1980-）
男，湖北襄樊人，武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院博士后，從事現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品、DSP、視頻監(jiān)控方面的設(shè)計(jì)與研究工作。

摘要：針對(duì)工業(yè)企業(yè)對(duì)傳輸控制協(xié)議高速和高可靠性的需求，本文提出了一種利用以太網(wǎng)通信技術(shù)對(duì)PROFIBUS-DP總線協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化的方案。新構(gòu)造的DP以太網(wǎng)通信協(xié)議可以支持比原協(xié)議更高的通信帶寬，而且還能兼容基于PROFIBUS-DP上層協(xié)議的各種進(jìn)程。通過(guò)對(duì)比分析基于DP以太網(wǎng)協(xié)議和PROFIBUS-DP協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文循環(huán)時(shí)間和報(bào)文編碼效率可知，該協(xié)議解決了PROFIBUS-DP協(xié)議支持的通信速率較低的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該協(xié)議的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS-DP；協(xié)議優(yōu)化；以太網(wǎng)

Abstract: This paper presents an optimization solution with Ethernet technology to fulfill the demands on high transmission speed and high reliability on transmission protocol inside enterprises. The new constructed protocol named DP Ethernet is compatible with the applications based on upper protocols of PROFIBUS-DP, which can support much wider communication bandwidth. DP Ethernet protocol is more efficient than PROFIBUS-DP through analysis on message cycle time and message coding efficiency of networks based on these two protocols.

Key words: PROFIBUS-DP；Protocol Optimization；Ethernet

    PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線以其優(yōu)良的性能在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，已成為我國(guó)機(jī)械工業(yè)的首個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，PROFIBUS-DP總線通信雖然具有較好的確定性和動(dòng)態(tài)適應(yīng)性，但其支持的最高傳輸速率只有12Mbit/s，而且只能在短距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，在將PROFIBUS-DP總線應(yīng)用到大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，其支持的最高傳輸速率已不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的通信需求。以太網(wǎng)通信采用的IEEE 802.3協(xié)議是一種開(kāi)放式的協(xié)議，可以支持比PROFIBUS-DP總線高得多得傳輸速率，而且可以根據(jù)需要自由選擇應(yīng)用層協(xié)議。基于這種考慮，本文研究了利用IEEE 802.3協(xié)議對(duì)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化的方案，構(gòu)造了一種新型的通信協(xié)議DP以太網(wǎng)的框架，并對(duì)DP 以太網(wǎng)協(xié)議的性能進(jìn)行了分析。

1 協(xié)議優(yōu)化方案

    PROFIBUS-DP協(xié)議中定義的協(xié)議層次包括：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和用戶層（用戶接口）。DDLM功能將數(shù)據(jù)鏈路層提供的SRD和SDN服務(wù)映射到用戶接口，用戶可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)在DDLM中的映像調(diào)用SRD和SDN服務(wù)，因此利用DDLM功能用戶就可以對(duì)PROFIBUS-DP站點(diǎn)進(jìn)行讀寫(xiě)操作[1]。PROFIBUS-DP總線的MAC子層采用混合式介質(zhì)訪問(wèn)機(jī)制，由邏輯令牌循環(huán)（主站與主站之間）和主從式（主站與從站之間）兩種介質(zhì)訪問(wèn)方式組成。

    以太網(wǎng)采用的IEEE 802.3協(xié)議中僅定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，運(yùn)行時(shí)需要上層應(yīng)用協(xié)議的支持。以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層可以提供三種類型的服務(wù)：無(wú)需響應(yīng)的非連接服務(wù)、需響應(yīng)的非連接服務(wù)和連接服務(wù)。以太網(wǎng)的MAC子層采用CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議，其通信模式取決于上層協(xié)議的定義，既可以是主從模式，也可以是生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式[2]。

    PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)鏈路層提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（SDN和SRD服務(wù)）和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層提供的非連接服務(wù)在功能近似。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的無(wú)需響應(yīng)非連接服務(wù)與PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)鏈路層的SDN服務(wù)（發(fā)送無(wú)需應(yīng)答服務(wù)）近似；以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的需響應(yīng)非連接服務(wù)與PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)鏈路層的SRD服務(wù)（發(fā)送需應(yīng)答服務(wù)）近似。

    從協(xié)議層次的角度來(lái)看，由于IEEE 802.3協(xié)議中只定義了低層協(xié)議而未將其上層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，可以根據(jù)應(yīng)用的需要自由選擇上層應(yīng)用協(xié)議；PROFIBUS-DP協(xié)議定義了與IEEE 802.3協(xié)議不同的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，主要為用戶接口提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，用戶接口的DDLM功能與數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)是一個(gè)映射與被映射的關(guān)系。因此，可以設(shè)法將PROFIBUS-DP的用戶層協(xié)議移植到IEEE 802.3協(xié)議之上，并創(chuàng)建直接數(shù)據(jù)鏈路映像功能，設(shè)法將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)映射到PROFIBUS-DP的用戶接口。

圖1   協(xié)議子層移植示意

    由于上層協(xié)議調(diào)用下層協(xié)議提供的服務(wù)是通過(guò)SAPs進(jìn)行的，因此將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)提供給PROFIBUS-DP用戶時(shí)，需要參照PROFIBUS-DP報(bào)文格式中的SSAP（Source SAP）和DSAP（Destination SAP）域的定義對(duì)以太網(wǎng)LLC協(xié)議數(shù)據(jù)單元中的SSAP和DSAP域進(jìn)行相應(yīng)的修改，從而可以兼容基于PROFIBUS-DP上層協(xié)議的各種應(yīng)用進(jìn)程。

2 DP以太網(wǎng)協(xié)議的構(gòu)建

    DP以太網(wǎng)協(xié)議的通信模型參照OSI參考模型建立，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和用戶接口。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議采用IEEE 802.3協(xié)議；用戶接口協(xié)議參照PROFIBUS-DP的用戶接口協(xié)議建立。

    2.1 物理層協(xié)議

    DP以太網(wǎng)采用IEEE 802.3協(xié)議定義的物理層標(biāo)準(zhǔn)，并在傳輸介質(zhì)和物理接口上增加了適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用導(dǎo)則，如采用加固的RJ45接頭、使用工業(yè)用屏蔽雙絞電纜等。DP以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀采用IEEE 802.3協(xié)議定義的幀結(jié)構(gòu)，為了確保沖突檢測(cè)機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不足46Bytes時(shí)，必須在Pad域中填充相應(yīng)數(shù)目的字節(jié)來(lái)滿足該要求。DP以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀也必須滿足該最短幀長(zhǎng)度要求。

    2.2 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

    數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是DP以太網(wǎng)協(xié)議中最重要的部分。DP以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層符合IEEE 802.3協(xié)議，包括MAC子層和LLC子層。MAC子層定義了訪問(wèn)物理媒體的協(xié)議；LLC子層代表了所有面向上層協(xié)議的通用接口。

    DP以太網(wǎng)協(xié)議采用主從式的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為主節(jié)點(diǎn)（主站）和從節(jié)點(diǎn)（從站）兩類。由于CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制已被IEEE 802.3協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化了，因此DP以太網(wǎng)的MAC子層仍采用CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議。LLC子層協(xié)議可以提供兩種類型的服務(wù)：無(wú)需響應(yīng)的非連接服務(wù)和需響應(yīng)的非連接服務(wù)。將無(wú)需響應(yīng)的非連接服務(wù)服務(wù)記作DL-UNITDATA，DL-UNITDATA服務(wù)允許一個(gè)LLC用戶發(fā)送一組數(shù)據(jù)到一個(gè)或一組遠(yuǎn)程的LLC用戶。利用該服務(wù)，DP以太網(wǎng)的每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸都獨(dú)立于其他的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)到達(dá)目的站點(diǎn)后不會(huì)返回接收確認(rèn)幀到源站點(diǎn)。在DP以太網(wǎng)協(xié)議中該服務(wù)用于執(zhí)行PROFIBUS-DP協(xié)議中SDN服務(wù)提供的功能。

    將需響應(yīng)的非連接服務(wù)記作DL-REPLY，DL-REPLY服務(wù)允許一個(gè)LLC用戶發(fā)送一組數(shù)據(jù)到另一個(gè)LLC用戶，接收數(shù)據(jù)的站點(diǎn)返回一個(gè)響應(yīng)幀，用于確認(rèn)來(lái)自源站點(diǎn)的數(shù)據(jù)已被正確接收。為了實(shí)現(xiàn)主從站間的數(shù)據(jù)交換，DP以太網(wǎng)的DL-REPLY服務(wù)不僅要求從站在響應(yīng)幀中明確發(fā)送數(shù)據(jù)已被正確接收，還必須包含由從站點(diǎn)返回到主站點(diǎn)數(shù)據(jù)。該服務(wù)用于執(zhí)行PROFIBUS-DP協(xié)議中SRD服務(wù)提供的功能。LLC子層協(xié)議定義的PDU格式如圖2所示。

    在LLC子層的PDU格式中，SSAP和DSAP的設(shè)置與PROFIBUS-DP總線報(bào)文格式中SAP域的定義一致。通過(guò)檢測(cè)報(bào)文中SAP域的值，DP以太網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠辨認(rèn)什么數(shù)據(jù)已被請(qǐng)求和需要提供什么響應(yīng)數(shù)據(jù)。

    2.3 DP以太網(wǎng)EDDLM功能的創(chuàng)建與執(zhí)行

    DP以太網(wǎng)用戶接口的EDDLM功能是參照PROFIBUS-DP協(xié)議中定義的DDLM功能創(chuàng)建的，目的是向上層用戶提供與PROFIBUS-DP協(xié)議相同的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。EDDLM功能映射了LLC子層提供的兩種非連接服務(wù)，即DL-UNITDATA和DL-REPLY。DL-UNITDATA用于全局控制命令，DL-REPLY用于其余所有的服務(wù)。這兩種服務(wù)均通過(guò)原語(yǔ)來(lái)執(zhí)行，最多能夠傳輸1500個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)大于PROFIBUS-DP總線中FDL層的數(shù)據(jù)傳輸能力（246字節(jié)）。

    DP以太網(wǎng)的每個(gè)EDDLM功能都由一組原語(yǔ)組成，這些原語(yǔ)用于DP以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。在服務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中，所有的EDDLM功能均按固定的順序依次執(zhí)行，并行的或并存的功能請(qǐng)求是不允許的。當(dāng)采用主從式的通信模式時(shí)，通信請(qǐng)求在主節(jié)點(diǎn)的用戶接口中被啟動(dòng)，然后通過(guò)請(qǐng)求原語(yǔ)（.req）發(fā)送到EDDLM，最后用確認(rèn)原語(yǔ)（.con）接收EDDLM的確認(rèn)。由自主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的請(qǐng)求原語(yǔ)（.req）到達(dá)從節(jié)點(diǎn)后成為指示原語(yǔ)（.ind）。

    EDDLM功能映射的用于DP以太網(wǎng)主從節(jié)點(diǎn)間通信的服務(wù)類型可以劃分為兩類：映射LLC子層DL_REPLY服務(wù)的EDDLM服務(wù)；映射LLC子層DL-UNITDATA服務(wù)的EDDLM服務(wù)。EDDLM功能映射的DL_REPLY服務(wù)包括EDDLM_Data_Exchange、EDDLM_Slave_Diag、EDDLM_RD_Inp、EDDLM_RD_Outp、EDDLM_RD_Get_Cfg、EDDLM_Set_Prm、EDDLM_Chk_Cfg和Set_Slave_Add。以EDDLM_Data_Exchange服務(wù)為例，其執(zhí)行順序可以用圖3描述。

圖3   EDDLM_Data_Exchange服務(wù)執(zhí)行順序

    類似地，可以創(chuàng)建EDDLM_Global_Control服務(wù)，其執(zhí)行順序如圖4所示。

3 DP以太網(wǎng)協(xié)議性能分析

    由于DP以太網(wǎng)設(shè)法利用以太網(wǎng)通信技術(shù)對(duì)PROFIBUS-DP協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，因此可以在站點(diǎn)分布相同的前提下，通過(guò)對(duì)比分析采用DP以太網(wǎng)協(xié)議和PROFIBUS-DP總線協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文循環(huán)時(shí)間和報(bào)文編碼效率來(lái)評(píng)估DP以太網(wǎng)協(xié)議性能的優(yōu)劣。為了簡(jiǎn)化分析，本文選擇單主站網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)由于只有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)擁有網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，因此沒(méi)有沖突發(fā)生。

    在采用主從式通信模式的單主站網(wǎng)絡(luò)中，每一次報(bào)文循環(huán)內(nèi)，主節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送需響應(yīng)的請(qǐng)求將輸出數(shù)據(jù)傳遞到從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)返回的響應(yīng)幀中則包含了輸入數(shù)據(jù)。報(bào)文循環(huán)時(shí)間可以通過(guò)計(jì)算需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總的位數(shù)與傳送1位數(shù)據(jù)所需時(shí)間的乘積得到。若忽略所有的非周期循環(huán)，則報(bào)文循環(huán)時(shí)間Tc可以用下式表示[3]：

        (1)

    其中，N表示從節(jié)點(diǎn)的數(shù)目；Tslv(i)表示訪問(wèn)第個(gè)i從節(jié)點(diǎn)需要的時(shí)間；Tinter表示幀間間隙。Tinter的值與協(xié)議類型有關(guān)，網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)必須在連續(xù)發(fā)送的兩幀之間保證該最小間隙。

    假定在兩類網(wǎng)絡(luò)中均只存在周期性的報(bào)文循環(huán)，下面分別對(duì)采用DP以太網(wǎng)協(xié)議和PROFIBUS-DP協(xié)議的單主站網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文循環(huán)時(shí)間進(jìn)行分析。

    3.1 DP以太網(wǎng)報(bào)文循環(huán)時(shí)間

    由于DP以太網(wǎng)協(xié)議沒(méi)有定義網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，與以太網(wǎng)相比，DP以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀包含的固定報(bào)文信息較少，僅包括4個(gè)字節(jié)的LLC幀頭和18個(gè)字節(jié)的以太網(wǎng)幀信息，再加上由網(wǎng)絡(luò)硬件添加的前導(dǎo)碼（7字節(jié)）和幀起始定界符（1字節(jié)），所有的報(bào)文固定信息長(zhǎng)度共計(jì)為30個(gè)字節(jié)。當(dāng)輸入與輸出字節(jié)的長(zhǎng)度均滿足DP以太網(wǎng)幀最短長(zhǎng)度要求時(shí)，DP以太網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)第i個(gè)從節(jié)點(diǎn)所需的時(shí)間為：

        (2)

    其中，Ii是主節(jié)點(diǎn)與第i個(gè)從節(jié)點(diǎn)交換的輸入字節(jié)數(shù)；Oi是主節(jié)點(diǎn)與第i個(gè)從節(jié)點(diǎn)交換的輸出字節(jié)數(shù)；Tbit是發(fā)送1位數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。

    由于DP以太網(wǎng)幀有最短長(zhǎng)度要求，因此（2）式只在DP以太網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)間交換的數(shù)據(jù)幀大于72Bytes（576bits）時(shí)才有效，不滿足該長(zhǎng)度要求時(shí)會(huì)在Pad域中填充一些無(wú)用字節(jié)，因此還須對(duì)不滿足最短幀長(zhǎng)度的報(bào)文傳輸進(jìn)行討論，討論結(jié)果如式（3）所示。

          (3)

    Vitturi對(duì)PROFIBUS-DP總線的性能進(jìn)行了深入的研究，認(rèn)為對(duì)于一個(gè)單主站PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，僅對(duì)循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行分析，并假定循環(huán)足夠大，可以忽略最小從站間隔時(shí)間的影響，此時(shí)PROFIBUS-DP總線上的報(bào)文循環(huán)時(shí)間可以用下式表示[4]：

            (4)

    其中，N表示從站的數(shù)目；Tif表示從站的響應(yīng)延遲和訪問(wèn)一個(gè)新站點(diǎn)的延遲時(shí)間之和；Tftx表示傳輸數(shù)據(jù)幀的固定部分所需的時(shí)間；LIO表示主站與第i個(gè)從站交換的輸入/輸出字節(jié)數(shù)。

    為了與以太網(wǎng)在同等條件下進(jìn)行對(duì)比分析，Tif的值選擇與以太網(wǎng)的幀間間距相同，即Tif=192Tbit；PROFIBUS-DP總線在循環(huán)的數(shù)據(jù)通信中采用SRD服務(wù)，此時(shí)Tftx的值為：Tfix=231Tbit，代入式（8）可得PROFIBUS-DP總線的報(bào)文循環(huán)時(shí)間為：

           (5)

    在站點(diǎn)分布相同的前提下，通過(guò)比較DP以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP總線的報(bào)文循環(huán)時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)DP以太網(wǎng)協(xié)議性能的優(yōu)劣。假定在兩類網(wǎng)絡(luò)中均包括1個(gè)主節(jié)點(diǎn)（主站）和5個(gè)從節(jié)點(diǎn)（從站），每個(gè)從節(jié)點(diǎn)（從站）都與主節(jié)點(diǎn)（主站）交換n個(gè)輸入字節(jié)和n個(gè)輸出字節(jié)。

    DP以太網(wǎng)采用10Base-T以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，通信速率為10Mbit/s；PROFIBUS-DP總線采用其支持的最高通信速率12Mbit/s，根據(jù)式(7)和式(9)，可以得到DP以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP總線的報(bào)文循環(huán)時(shí)間如圖5所示。

    從圖5可以看出，在站點(diǎn)分布相同的條件下，PROFIBUS-DP總線的報(bào)文循環(huán)時(shí)間開(kāi)始較小，但隨著交換的字節(jié)數(shù)目的增加，報(bào)文循環(huán)時(shí)間迅速增加，當(dāng)交換的字節(jié)數(shù)大于40的時(shí)候，PROFIBUS-DP總線的報(bào)文循環(huán)時(shí)間就超過(guò)了DP以太網(wǎng)，而且隨著交換字節(jié)數(shù)目的進(jìn)一步增加，兩者之間的差距逐漸增大。

    實(shí)際上，PROFIBUS-DP總線的通信只能在短距離內(nèi)（100m范圍內(nèi)）達(dá)到12Mbit/s，一般情況下其通信速率要遠(yuǎn)比DP以太網(wǎng)的通信速率低。當(dāng)選擇網(wǎng)絡(luò)的段長(zhǎng)度為500m時(shí)，PROFIBUS-DP總線的通信速率只有187.5Kbit/s，而DP以太網(wǎng)的通信速率可以達(dá)到幾十兆比特/秒，此時(shí)即使交換的字節(jié)數(shù)很少，PROFIBUS-DP總線的報(bào)文循環(huán)時(shí)間也將大于DP以太網(wǎng)。

    3.2 DP以太網(wǎng)報(bào)文編碼效率分析

    報(bào)文編碼效率是考察協(xié)議性能的另外一個(gè)重要方面。協(xié)議的報(bào)文編碼效率通過(guò)計(jì)算傳輸?shù)挠杏脭?shù)據(jù)的位數(shù)占執(zhí)行該傳輸服務(wù)時(shí)總共需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)的百分比得到。其值可以由下式計(jì)算：

         (6)

    其中，Ndata表示有用數(shù)據(jù)所占的位數(shù)；Nframe表示協(xié)議數(shù)據(jù)幀的位數(shù)。

    仍假定網(wǎng)絡(luò)中只包括1個(gè)主節(jié)點(diǎn)（主站）和5個(gè)從節(jié)點(diǎn)（從站），在每次報(bào)文循環(huán)中每個(gè)從節(jié)點(diǎn)（從站）都與主節(jié)點(diǎn)（主站）交換n個(gè)輸入字節(jié)和n個(gè)輸出字節(jié)。根據(jù)DP以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀格式，當(dāng)n的值小于42時(shí)，需要在Pad域中填充相應(yīng)數(shù)目的字節(jié)以滿足最短幀長(zhǎng)度要求；當(dāng)n的值大于42時(shí)，則無(wú)需填充無(wú)用字節(jié)。經(jīng)討論，可得：

               (7)

    對(duì)于PROFIBUS-DP協(xié)議，當(dāng)總線上只有周期性的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，其報(bào)文編碼效率為：

          (8)

    根據(jù)式(7)和式(8)，DP以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP兩種協(xié)議的報(bào)文編碼效率如圖6所示。

圖6   報(bào)文編碼效率對(duì)比

    分析圖6可知，在站點(diǎn)分布相同的前提下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕時(shí)，PROFIBUS-DP總線的報(bào)文編碼效率高于DP以太網(wǎng)，這是由于PROFIBUS-DP報(bào)文的報(bào)頭較短的原因；隨著交換的字節(jié)數(shù)目的增加，PROFIBUS-DP協(xié)議的報(bào)文編碼效率逐漸趨于一定值0.72，這是由于PROFIBUS-DP協(xié)議的物理層采用11位來(lái)傳輸一個(gè)字節(jié)的緣故；另一方面，隨著交換字節(jié)數(shù)目的增加，DP以太網(wǎng)協(xié)議的報(bào)文編碼效率迅速增加，當(dāng)交換的字節(jié)數(shù)大于43字節(jié)后，DP以太網(wǎng)協(xié)議的報(bào)文編碼效率將超過(guò)PROFIBUS-DP協(xié)議。

4 結(jié)束語(yǔ)

    本文通過(guò)構(gòu)造一種新型的傳輸控制協(xié)議DP以太網(wǎng)設(shè)法實(shí)現(xiàn)對(duì)PROFIBUS-DP協(xié)議的優(yōu)化。通過(guò)對(duì)比分析DP以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP總線的報(bào)文循環(huán)時(shí)間和報(bào)文編碼效率，得到了如下結(jié)論：在站點(diǎn)分布和交換的字節(jié)數(shù)相同的前提下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時(shí)，DP以太網(wǎng)具有較小的報(bào)文循環(huán)時(shí)間和較高的報(bào)文編碼效率，而且隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的加重，DP以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得越明顯；在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕時(shí)，DP以太網(wǎng)的性能與PROFIBUS-DP總線相差不大。因此在現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)中用DP以太網(wǎng)協(xié)議替代原有的PROFIBUS-DP協(xié)議將具有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是基于PROFIBUS-DP上層協(xié)議的各種應(yīng)用進(jìn)程可以繼續(xù)運(yùn)行；二是由于在現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)中引入了與信息網(wǎng)絡(luò)相同的以太網(wǎng)通信技術(shù)，因此能夠方便地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)之間的信息交互。此外，可以利用DP以太網(wǎng)剩余的帶寬執(zhí)行一些非周期通信任務(wù)，這是相對(duì)于PROFIBUS-DP協(xié)議（DP-V0版本）僅支持循環(huán)的周期通信的一大優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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作者信息：

    胥  軍，李剛炎  （武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院過(guò)程控制系，湖北 武漢430070）