[發明專利]基于環型以太網和輔助網絡的D-BUS高速總線技術

無效

• 申請號: 201110334824.9
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102347879A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 仲崇權;董智超;陳晨;安飏;龔中強;王占猛;劉國強;劉雪梅
• 申請（專利權）人: 大連理工計算機控制工程有限公司
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40;H04L12/42;H04L12/56;H04L12/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于工業控制技術領域，涉及到該領域對數據傳輸的實時性和可靠性的要求，特別涉及到一種基于環型以太網和輔助網絡的D-BUS高速總線技術。

背景技術

當前工業領域常用的以太網通信標準有：EtherNet/IP、Modbus/TCP、FF_HSE、ProfiNet以及我國自主研制的EPA等。各標準在網絡協議、通信速率、傳輸距離、站點數量、功能安全等方面具有不同的特點。上述總線網絡有的使用交換機進行網絡連接，也有的采用環型網絡進行連接。環型網絡連接避免了交換形式的交換延時和布線復雜等問題。

工業以太網故障檢測通常采用環型結構的MRP協議(Media?Redundancy?Protocol：媒體冗余協議)和DRP協議(Distributed?Redundancy?Protocol：分布式冗余協議)。MRP在ProfiNet系統中較為常見，其采用主從方式進行故障探測與故障恢復；DRP在EPA系統中較為常見，其采用分布方式各站主動進行故障探測與故障恢復。他們在檢測方式、恢復方式、交換機配置等方面各具特點，但其檢測對象都是交換機，并配置雙網卡進行終端設備鏈接。存在設備成本高、布線復雜等問題。

常用的以太網故障檢測方法有：自動協商檢測、OAM(Operation?Administration?Maintenance：操作管理維護)檢測和BFD(Bidirectional?Forwarding?Detection：雙向轉發檢測)檢測等。自動協商檢測利用以太網自動協商機制，用于檢查線路問題，但要求主從設備的工作方式必須一致；OAM檢測主要用于對節點、鏈路的監控即檢測線路問題；BFD檢測提供了一個通用的、標準化的、介質無關、協議無關的快速故障檢測機制，主要對網絡鏈接能力和系統通信轉發功能進行檢測。他們在檢測機制、檢測功能、應用場合等方面各具特點，但存在診斷機制復雜，或功能單一，或無法實現故障定位與通信冗余等問題。

發明內容

本發明目的是提供一種D-BUS(Dual-BUS)高速總線網絡，該網絡由高速環型以太網ReBUS和輔助網絡MB+組成。其中，ReBUS總線應用于實時數據通信；MB+總線則應用于故障診斷、故障定位和輔助通信等，解決工業控制技術領域設備成本高、布線復雜、功能單一、或無法實現故障定位與通信冗余等問題。

ReBUS總線使用IEEE802.3以太網物理層規范和環型拓撲結構，并通過網絡通信協議實現主站與從站之間的數據通信。由于無需交換機，布線簡單，避免報文碰撞。每個節點通信響應時間可達10us/100Bytes，高速的以太網總線可實現主從站與擴展IO設備之間的快速響應，滿足工業控制領域的實時性要求。

在保證高速數據傳輸的前提下，D-BUS高速總線另外采用MB+總線實現故障檢測，包括故障診斷、故障定位與通信冗余三項功能，因此，本發明適用于高可靠性的工業現場應用。

本發明所述的D-BUS高速總線技術包括三部分內容：網絡結構，從站管理和故障檢測，具體說明如下：

(1)網絡結構

D-BUS總線的網絡結構包括ReBUS總線、MB+總線、主站、從站和I/O設備五部分。其中，ReBUS總線利用IEEE802.3以太網物理層規范，將主站與從站以串聯的方式組成環型拓撲結構。主站與從站，從站與從站之間采用相同的接線方法，即每個設備的接收端與前一個設備的發送端相連，且該設備的發送端與后一個設備的接收端相連，依次連接組成環型的ReBUS總線網絡結構。MB+總線通過串口將主站與從站連接到同一總線上，并采用輪詢方式對各從站進行故障檢測。I/O設備通過RS485串口與從站連接，作為從站的擴展I/O，與主站進行數據通信。

(2)從站管理

D-BUS總線的從站管理通過ReBUS總線完成，包括通信協議和系統管理兩方面內容：

ReBUS網絡通信協議包括七方面內容：幀結構、地址分類、尋址方式、通信服務、報文定義格式、命令定義、和存儲器管理單元，實現主站與從站之間的數據通信。

幀結構，ReBUS網絡通信協議是用于過程數據的優化協議，憑借特殊的以太網類型，它可以在“以太網幀”內直接傳送。ReBUS以太網幀包括多個子報文，該報文服務于邏輯過程映像區，該區域最大可達4GB。

地址分類，ReBUS通信協議為每個從站分配三個地址：設備地址、寄存器地址和邏輯地址。主站可通過這三個地址，對從站及其I/O設備進行管理、控制、讀寫等操作。