2010 Wprowadzenie do sieci komunikacyjnych - ZKUPzkup.mchtr.pw.edu.pl/pom_dyd/SMM/SMM_10_Wprowadzenie do sieci... · Topologia pierścienia Przykład Jeśli urządzenie A chce przesłać

Sieci komunikacyjne jako istotny czynnik integracji

Systemy MechatroniczneWprowadzenie do sieci komunikacyjnych

Systemy MechatroniczneStudia dzienne

Michał Bartyś

2

14-01-2011

Sieci komunikacyjne

1. Sieci komunikacyjne

1.1. Wprowadzenie

Sieci komunikacyjnestanowią na obecnym poziomie rozwoju techniki podstawowy element integracyjny infrastruktury informacyjnej społeczeństw, systemów gospodarczych oraz środków produkcji i usług.

Kanały komunikacyjneto elementy składowe sieci komunikacyjnych.

3

Media transmisyjneto fizyczne elementy składowe kanałów komunikacyjnych.

Rozległe sieci komunikacyjneto sieci komunikacyjne o zasięgu globalnym. Sieci takie nazywane są równieŜ sieciami typu WAN (Wide Area Networks).

Sieci komunikacyjne

1.1. Rozległe sieci komunikacyjne


4

Rozległe sieci komunikacyjneto sieci o strukturze hybrydowej.

Cechy rozległych sieci komunikacyjnych� zasięg globalny� realizowane przez wyspecjalizowanych dostawców usług

sieciowych � powszechna dostępność� niejednorodność (heterogeniczność) kanałów

komunikacyjnych� pakietowy sposób wymiany informacji� zróŜnicowanie prędkości transmisji w róŜnych segmentach

sieci� brak determinizmu� wysoka prędkość transmisji danych� moŜliwość nieautoryzowanego dostępu do przesyłanej

informacji

Sieci komunikacyjne

1.1. Rozległe sieci komunikacyjne


5

6

Do istotnych ograniczeń w stosowalności sieci komunikacyjnych do automatyzacji procesów wytwórczych naleŜą:� brak determinizmu,� moŜliwość nieautoryzowanego dostępu do przesyłanej

informacji.

Sieci komunikacyjne

1.1. Rozległe sieci komunikacyjne1.1.1. Ograniczenia w zastosowaniach do automatyzacji procesów


Determinizmto cecha systemu lub sieci komunikacyjnej polegająca na moŜliwości ścisłego określenia czasu transmisji informacji do kaŜdego urządzenia sieciowego.

6

Sieci komunikacyjne Przykład

1.1. Rozległe sieci komunikacyjne1.1.2. Protokół TCP/IP


TCP implementuje zadania warstwy transportowej modelu komunikacyjnego ISO/OSI. Zapewnia wspólny mechanizm organizacji wymiany danych pomiędzy urządzeniami sieciowymi.

IP implementuje zadania warstwy sieciowej modelu komunikacyjnego ISO/OSI.Definiuje wspólny mechanizm jednoznacznego adresowania wszystkich urządzeń sieciowych.

7


1.1. Rozległe sieci komunikacyjne1.1.3. Adres IP


Adres IP� jednoznacznie identyfikuje kaŜde urządzenie sieciowe,� jest ciągiem binarnym 32 bitowym,� do jego zapisu stosowana jest notacja numeryczna i

symboliczna� w notacji numerycznej stosowane są dziesiętne interpretacje

4 oktetów binarnych, z których składa się adres IP� w notacji symbolicznej adresowi IP przyporządkowany jest

unikalny ciąg znaków alfanumerycznych� adresy IP naleŜą do 4 klas (A, B, C, D i E)� IANA (Organizacja Zarządzania Adresów Internetowych)

zajmuje się globalną dystrybucją adresów klasy A do Regionalnych Rejestrów Internetowych, które z kolei zajmują się dalszą dystrybucją adresów IP.

8


1.1. Rozległe sieci komunikacyjne1.1.4. Adres IP (przykład)


Przykład:Urządzenie sieciowe ma następujący binarny adres IP0000 1010 1000 0100 1000 0010 0010 1001Adres ten składa się z czterech oktetów:00001010.10000100.10000010.00101001W notacji numerycznej heksadecymalnej adres ten moŜna zapisać w postaci:0A.84.82.29W notacji numerycznej decymalnej adres ten moŜna zapisać w postaci:10.132.130.41W notacji symbolicznej adres ten moŜna zapisać w postaci:[email protected]

9


1.1. Rozległe sieci komunikacyjne1.1.5. Ramka IP


Ramka IP� strumień informacji dzielony jest na mniejsze

fragmenty (pola danych)� do kaŜdego pola danych dodawane są informacje o

charakterze logistycznym i kontrolnym� pole danych i informacje dodatkowe tworzą ramkę

IP zwaną takŜe pakietem IP.� do informacji logistycznych naleŜą: numer pakietu,

jego priorytet i długość w bajtach, sieciowe adresy IP źródła informacji i przeznaczenia informacji

� maksymalna długość łączna ramki jest ograniczona do 65535 bajtów

10


1.1. Rozległe sieci komunikacyjne1.1.6. Ramka IP


Ramka IP nie gwarantuje, Ŝe informacja wysłana ze źródła informacji dotrze do ujścia informacji. MoŜe się zdarzyć tak, Ŝe pakiety dotrą do adresata w innej kolejności niŜ zostały wysłane lub nie dotrą do niego wcale.

Ze względu na konieczność podniesienia wiarygodności i pewności przesyłania informacji w sieci stosowane są dodatkowe sieciowe mechanizmy zabezpieczające. W przypadku sieci Internet stosowany jest mechanizm (protokół) TCP.

11


1.1. Rozległe sieci komunikacyjne1.1.7. Protokół TCP


Protokół TCP� jest protokołem

komunikacyjnym zdefiniowanym na poziomie warstwy transportowej modelu komunikacji ISO/OSI

� protokół ten jest realizowany zgodnie ze sformalizowaną procedurą nawiązania komunikacji, której schemat blokowy przedstawia rys. 2

� procedura ta składa się z fazy inicjacji komunikacji oraz fazy transferów pakietów informacji z potwierdzeniami ich przyjęcia

12


1.1. Rozległe sieci komunikacyjne1.1.7. Protokół TCP


Protokół TCP� w protokole stosuje się

numerację pakietów i sumę kontrolną

� numeracja pakietów pozwala na ich właściwe uszeregowanie w odbiorniku informacji i kontrolę przypadków ewentualnego zagubienia pakietów

� suma kontrolna pozwala na weryfikację poprawności i integralności informacji w przesyłanych pakietach

13

14

Sieci komunikacyjne

1.2. Sieci lokalne


Lokalne sieci komunikacyjneto sieci komunikacyjne o ograniczonym zasięgu i ograniczonej liczbie urządzeń sieciowych. Sieci takie nazywane są równieŜ sieciami typu LAN (Local Area Networks).

14

15

Sieci komunikacyjne

1.2. Sieci lokalne


Cechy lokalnych sieci komunikacyjnych� zasięg lokalny (urządzenie, proces technologiczny,

budynek)� realizowane są bezpośrednio przez uŜytkowników� ogromna róŜnorodność realizacyjna� moŜliwość dołączenia do sieci WAN� wysoki poziom bezpieczeństwa informacji� moŜliwość realizacji sieci deterministycznych� zastosowania znajdują głównie do automatyzacji

produkcyjnych procesów ciągłych i dyskretnych, maszyn i urządzeń oraz w automatyzacji budynków

� stała prędkości transmisji w obrębie sieci� umiarkowane prędkości transmisji danych

15

Sieci komunikacyjne


1.2. Lokalne sieci komunikacyjne1.2.1. Integracja sieci na poziomie przedsiębiorstwa

16

Sieci komunikacyjne

2. LAN w systemach mechatronicznych

2.1. Rola i miejsce sieci LAN2.1.1. Racjonalizacja zadań automatyzacji procesów

Cechy � wspólna magistrala komunikacyjna� moŜliwość zasilania urządzeń

pomiarowych i wykonawczych z sieci� istotna redukcja liczby połączeń� zmniejszenie kosztów instalacji,

uruchomienia i serwisu� moŜliwość zdalnego sterownia i

monitorowania procesu� moŜliwość zastosowania w warstwach

procesu i sterowania � determinizm� pewność i bezpieczeństwo przesyłu

informacji

17

Sieci komunikacyjne

2. LAN w systemach automatyzacji

2.2. Zdarzenia2.2.1. System czasu rzeczywistego

Zdarzenie krytyczne czasowoto zdarzenie procesowe, które musi być obsłuŜone przez system sterowania w ściśle określonym przedziale (oknie) czasowym. Przekroczenie czasu obsługi tego zdarzenia wywołuje skrajnie niekorzystne następstwa z punktu widzenia bezpieczeństwa procesu, jakości produktu finalnego i wskaźników ekonomicznych.

System czasu rzeczywistegoto system gwarantujący obsługę zdarzeń krytycznych czasowo.

18

Sieci komunikacyjne


2.2. Czas cyklu sieci2.2.1. Przykład

Sieci komunikacyjnewpływają w istotny sposób na czas obsługi zdarzeń krytycznych czasowo.

Czas cyklu siecidefiniuje maksymalny czas jaki jest konieczny do realizacji operacji przesłania informacji o procesie.

19

Sieci komunikacyjne


2.3. Elektroniczny czas reakcji2.3.1. Definicja

Elektroniczny czas reakcji to łączny czas konieczny do realizacji czynności komunikacyjnych i przetworzenia informacji wejściowych procesu.

Tre = Tm +2 � Ts + Tm

20

Sieci komunikacyjne


2.4. Całkowity czas reakcji2.4.1. Definicja

Całkowity czas reakcjito łączny czas konieczny do uzyskania informacji z przetwornikówpomiarowych, realizacji czynności komunikacyjnych, przetworzeniainformacji wejściowych i realizacji operacji sterowania urządzeńwykonawczych.

Tr = Tre + Tp + Tz

21

Sieci komunikacyjne


2.5. Determinizm2.5.1. Definicja

Deterministyczny system sieciowyjest systemem o przewidywalnym czasie cyklu sieci Tm

Czas cyklu sieci w procesach przemysłowych wynosi od 0,1µs .. 500 ms.

22

Sieci komunikacyjne


2.5. Determinizm2.5.1. Wymagania

Wymagania na determinizm siecisą najwyŜsze w warstwie procesowej (obiektowej) i warstwie sterowania. Wymagania na determinizm w warstwie zarządzania procesu nie są konieczne.

23

Sieci komunikacyjne


2.6. Model referencyjny ISO/OSI2.6.1. Funkcje warstw modelu

Model referencyjny systemów sieciowychDefiniuje usługi sieciowe warstwowego wirtualnego systemu sieciowego.

24

Sieci komunikacyjne


2.6. Model referencyjny ISO/OSI 2.6.1. Funkcje warstw modelu

Sieci LAN wykorzystywane w systemach mechatronicznychkorzystają głównie z usług warstw: fizycznej, łącza danych i aplikacyjnej (1,2,7). Sieci takie nazywane są sieciami polowymi lub sieciami typu fieldbus.

25

Sieci komunikacyjne


2.7. Topologia sieci2.7.1. Definicja

Topologia siecidefiniuje opis wzajemnych powiązań pomiędzy urządzeniami sieciowymi.

Topologia siecijest zaleŜna głównie od specyfikacji warstwy fizycznej sieci. RównieŜ specyfikacja warstwy łącza danych musiwspierać topologię lub topologie moŜliwe w danej sieci.

26

KaŜda sieć komunikacyjnamoŜe być realizowana w jednej lub wielu róŜnych topologiach.

Sieci komunikacyjne


2.7. Topologia sieci2.7.1. Rodzaje

Rodzaje topologii sieci� magistrala� łańcuch� drzewo� pierścień� gwiazda� siatka � point-to-point� peer-to peer

27

Sieci komunikacyjne


2.7. Topologia sieci2.7.2. Topologia magistrali

Topologia magistralicharakteryzuje się tym, Ŝe wszystkie urządzenia sieciowe są dołączone do wspólnej linii komunikacyjnej. Wymiana informacji pomiędzy urządzeniami sieciowymi wymaga określenia adresów nadajnika i odbiornika lub odbiorników informacji. W tym przypadku informacje rozprzestrzeniane w sieci są zaopatrywane w adres odbiorcy informacji.

28

Sieci komunikacyjne


2.7. Topologia sieci2.7.2. Topologia magistrali

Liczba urządzeńmoŜliwych do dołączenia do magistrali jest ograniczona. Maksymalna liczba moŜliwych do dołączenia urządzeń jest zaleŜna od specyfikacji i sposobu realizacji warstwy fizycznej.

Przykłady Sieci przemysłowe: PROFIBUS,CAN, MODBUS

29

Sieci komunikacyjne


2.7. Topologia sieci2.7.3. Topologia drzewa

Topologia drzewa jest elastyczną i popularną topologią sieciową.MoŜliwe jest tworzenie gałęzi drzewa zsegmentów sieci o topologii magistrali przez zastosowanie wzmacniaków. Rozrost drzewa nie jest jednak nieograniczony.

PrzykładySieci przemysłowe: MODBUS,PROFIBUS, AS-i.

30

Sieci komunikacyjne


2.7. Topologia sieci2.7.4. Topologia gwiazdy

Topologia gwiazdyCharakteryzuje się tym, Ŝe wszystkie urządzenia sieciowe są dołączone bezpośrednio do jednego wspólnego urządzenia sieciowego, którym jest rozgałęźnik lub koncentrator.

PrzykładySieci przemysłowe: AS-i,Industrial Ethernet

31

Sieci komunikacyjne


2.7. Topologia sieci2.7.5. Topologia pierścienia

Topologia pierścienia jest charakterystyczna tym, iŜ pomiędzy sąsiednimi urządzeniami sieciowymi istnieją bezpośrednie połączenia (połączenia typu point-to-point). Połączenia te tworzą łańcuch, który po zamknięciu tworzy pierścień.

PrzykładSieć przemysłowa InterBus.

32

Sieci komunikacyjne



Topologia pierścienia

W takiej sieci wymiana informacji pomiędzy urządzeniami polega na tym, Ŝe w jej przesłaniu biorą udział wszystkie urządzenia sieciowe pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem informacji.

33


Sieci komunikacyjne



Przykład Jeśli urządzenie A chce przesłać informację do urządzenia D, to najpierw urządzenie A przesyła tę informację do urządzenia B, a następnie urządzenie B przesyła ją do urządzenia C, a to z kolei przesyła ją do urządzenia D. Dla sprawdzenia poprawności transmisji urządzenie D wysyła zwrotnie kopię otrzymanej informacji do urządzenia A, ale za pośrednictwem urządzeń E i F.

Przykład Sieć przemysłowa InterBus.

34

Sieci komunikacyjne



Przykład (c.d.)Po uzyskaniu informacji urządzenie A moŜe sprawdzić jej poprawność.

W sieci o topologii pierścieniowej kaŜde urządzenie sieciowe odgrywaautomatycznie rolę wzmacniaka.


35

Sieci komunikacyjne


2.8. Prędkość transmisji2.8.1. Wpływ warstwy fizycznej

Prędkość transmisji w sieci zaleŜy od specyfikacji jej warstwy fizycznej oraz zastosowanego kanału podkładowego.

36

Sieci komunikacyjne


2.8. Prędkość transmisji2.8.1. Wpływ długości segmentów sieci

Prędkość transmisjiw sieci jest funkcją długości segmentów sieci.

37

Sieci komunikacyjne


2.8. Prędkość transmisji2.8.1. Regeneracja sygnału

Wzmacniak pozwala na wydłuŜenie zasięgu całej sieci. Pozwala równieŜ na zwiększenieprędkości przesyłania informacji dzięki moŜliwości podziału sieci na krótkie segmenty.

38

Sieci komunikacyjne


2.9. Media transmisyjne2.9.2. Wymagania i zalecenia

Wymagania i zalecenia� kable miedziane są stosowane w realizacjach wszystkich

moŜliwych topologii sieci,� naleŜy stosować kable niskorezystancyjne (tzn. o duŜym

przekroju przewodnika),� naleŜy stosować kable o niskiej pojemności wzajemnej Ŝył i

pojemności pomiędzy Ŝyłami i uziemieniem,� naleŜy uziemiać ekrany wszystkich kabli wyłącznie w jednym

punkcie łącząc je z uziomem w konfiguracji gwiazdy,� naleŜy unikać prowadzenia kabli komunikacyjnych

równolegle z kablami zasilania energetycznego,� w miarę moŜności naleŜy krzyŜować trasy kablowe pod

kątem prostym.

39

Sieci komunikacyjne


2.9. Media transmisyjne2.9.2. Kabel światłowodowy

Kabel światłowodowyStosowane są dwa zasadniczetypy kabli światłowodowych: � jednomodowy� wielomodowy

40

Sieci komunikacyjne


2.9. Media transmisyjne2.9.2. Wymagania i zalecenia

Wymagania i zalecenia� kable światłowodowe są stosowane zwłaszcza w topologiach

łańcuchowych i pierścieniowych,� kable światłowodowe są stosowane zwłaszcza w warunkach

występowania silnych zakłóceń elektromagnetycznych� kable światłowodowe są stosowane zwłaszcza w warunkach

występowania róŜnicy potencjałów pomiędzy urządzeniami sieciowymi

� kable światłowodowe są stosowane zwłaszcza w przypadku zapewnienia bardzo duŜej prędkości transmisji.

� w sieciach LAN stosowane są zwykle światłowody jednomodowe� w sieciach WAN stosowane są zwykle światłowody wielomodowe� kable światłowodowe są droŜsze od kabli miedzianych

41

42

Sieci komunikacyjne


2.10. Rodzaje transmisji2.10.1. Definicje

Kanał podkładowy jest fizycznym ośrodkiem transmisji.

42

Kanał komunikacyjny jest transmisyjnym kanałem logicznym. W jednym kanale pierwotnym (podkładowym)moŜe być wydzielonyjeden lub więcej kanałów komunikacyjnych.

43

Sieci komunikacyjne


2.10. Rodzaje transmisji2.10.1. Transmisja szerokopasmowa

Transmisja szerokopasmowapozwala na wydzielenie w jednym kanale podkładowym wielu kanałów komunikacyjnych zajmujących szerokie spektrum częstotliwości. Komunikacja taka stosowana jest np. do jednoczesnej transmisji cyfrowego sygnału telewizyjnego, telefonii cyfrowej iinternetu. Komunikacja szerokopasmowa ze względów ekonomicznych nie jest stosowana w sieciach LAN. Jest natomiast stosowana w sieciach WAN.

43

Transmisja informacji Stosowane są dwa zasadnicze rodzaje transmisji informacji: � wąskopasmowa

� szerokopasmowa

Sieci komunikacyjne


2.10. Rodzaje transmisji2.10.2. Transmisja wąskopasmowa

Transmisja wąskopasmowapolega na tym, Ŝe w kanale komunikacyjnym o określonej charakterystyce częstotliwościowej realizowane są multipleksowane czasowo kanały komunikacyjne w miejsce modulacji i podziału częstotliwości stosowanego w transmisji szerokopasmowej.

Transmisja wąskopasmowastosowana jest w sieciach LAN.

44

Sieci komunikacyjne


2.10. Rodzaje transmisji2.10.3. Transmisja synchroniczna

Transmisja synchronicznapolega na zsynchronizowaniu nadajnika i odbiornika informacji przez wykorzystanie właściwości samosynchronizującychodpowiednio zakodowanego sygnału w kanale podkładowym. W tym celu stosowane są róŜne metody kodowania sygnału np. dwufazowy kod Manchester. Odbiornik informacji na podstawie uzyskanego sygnału z nadajnika odtwarza sygnał i fazę jego sygnału zegarowego. Dzięki temu moŜliwa jest synchronizacja wzajemna nadajnika i odbiornika.

45

Sieci komunikacyjne


2.10. Rodzaje transmisji2.10.3. Transmisja synchroniczna

Transmisja synchroniczna (c.d.)Po dokonaniu synchronizacji, moŜliwe jest przesłanie teoretycznie nieograniczonej liczby bitów informacji pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. NaleŜy jednak pamiętać, Ŝe zmiana kierunku przepływu informacji, tzn. zamiana ról nadajnika i odbiornika wymaga ponownej synchronizacji.Tryb pracy synchronicznej jest wykorzystywany w sieciach LAN (np. AS-i). Jego główną zaletą jest brak konieczności ciągłej synchronizacji nadajnika i odbiornika informacji.

46

Sieci komunikacyjne


2.10. Rodzaje transmisji2.10.4. Transmisja asynchroniczna

Transmisja asynchroniczna polega na zsynchronizowaniu nadajnika i odbiornika przez wykorzystanie właściwości synchronizujących specjalnie wyróŜnionego bitu zwanego bitem startu. W przypadku stosowania transmisji asynchronicznej transmitowana informacja dzielona jest na krótkie, zwykle ośmiobitowe odcinki, które są zaopatrywane dodatkowo w bit kontrolny i bit stopu. Całość tworzy tzw. ramkę lub znak.

47

Sieci komunikacyjne



Transmisja asynchroniczna (c.d.)W obrębie znaku poszczególne bity kodowane są w równych odstępach czasu. Natomiast ramki mogą być transmitowane w całkowicie dowolnych chwilach czasowych. Stąd synchronizacja nadajnika i odbiornika informacji następuje zawsze z chwilą wystąpienia synchronizującego bitu startu ramki.

48

Sieci komunikacyjne



Transmisja asynchroniczna (c.d.)Tryb pracy asynchronicznej jest wykorzystywany w sieciach LAN (np. HART, PROFIBUS). Jego główną zaletą jest brak konieczności utrzymywania ciągłej synchronizacji nadajnika i odbiornika informacji. Jego wadą jest konieczność transferu dodatkowych bitów synchronizacyjnych.

49

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.1. Rodzaje sposobów dostępu do sieci3.1.1. Definicje

SiećJest zbiorem funkcjonalnie połączonych wzajemnie urządzeń.

Dostęp do sieci moŜe być dostępem:� kontrolowanym (deterministycznym)� przypadkowym (niedeterministycznym)

Protokół sieciowyto sformalizowana procedura dostępu i wymiany informacji w sieci.

50

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.1. Rodzaje sposobów dostępu do sieci3.1.1. Dostęp do sieci

Kontrolowany dostęp do siecipolega na tym, Ŝe kaŜde urządzenie sieciowe ma ściśle określone prawa oraz tryb dostępu do innych urządzeń sieci. Prawa te są egzekwowane przez wyróŜnione urządzenia sieciowe.

Przypadkowy dostęp do sieci polega na tym, Ŝe kaŜde urządzenie sieciowe ma moŜliwość transmisji w kaŜdej chwili lub wówczas gdy sieć nie jest zajęta.

51

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.2. Procedura Master/Slave3.2.1. Definicje

Procedura Master-Slavejest protokołem komunikacyjnym definiującym kontrolowany dostęp do sieci przez wyróŜnione urządzenie zwane urządzeniem nadrzędnym lub masterem.Wszystkie inne urządzenia w sieci pełnią rolę urządzeń podporządkowanych (podrzędnych). Urządzenia tenazywane są równieŜ urządzeniami typu slave.

52

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.2. Procedura Master/Slave3.2.1. Definicje

Sieć Master-Slavejest zbiorem urządzeń sieciowych składających się z jednego urządzenia nadrzędnego i wielu urządzeń podporządkowanych połączonych wspólną magistralą sieciową.

Prawo inicjowania cyklu sieciowegoprzysługuje wyłącznie jednostce nadrzędnej.

Rozkazjest prawem do zarządzania siecią. Prawo to przysługuje wyłącznie jednostce nadrzędnej.

53

54

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.2. Procedura Master/Slave3.2.2. Opis procedury

Rozkazy występują w dwóch postaciach:� rozkazów adresowanych i � rozkazów nie adresowanych.

Adresjest unikalnym kodem kaŜdego urządzenia podrzędnego sieci. Jednostka nadrzędna nie posiada adresu.

54

55

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.2. Procedura Master/Slave3.2.2. Opis procedury

Odpowiedź Jednostki podporządkowane są obowiązane udzielać odpowiedzi na rozkazy adresowane. Jednostki podporządkowane nie mogą odpo-wiadać na rozkazy nie adresowane.

Prędkość transmisji wszystkich urządzeń w sieci musi być identyczna.

Konfiguracja sieci polega na nadaniu adresów wszystkim podporządkowanym urządzeniom sieciowym i ustawieniu identycznych parametrów transmisji wszystkich urządzeń sieciowych.

55

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.3. Procedura typu token3.3.1. Definicje

Prawo do zarządzania siecią. Urządzenie sieciowe posiadające token ma wyłączne prawo do zarządzania siecią, ale wyłącznie na czas przetrzymywania tokena.

Tokenjest formą nie materialnego prawa do zarządzania siecią. Token najczęściej posiada postać krótkiej informacji.

56

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.3. Procedura typu token3.3.1. Definicje

Czas przetrzymywania tokenajest ściśle zdefiniowany dla kaŜdego urządzenia sieciowego. Prawo przetrzymywania tokenamają tylko i wyłącznie wyróŜnione urządzenia sieciowe.

Rotacja tokenaNastępuje wyłącznie pomiędzy wyróŜnionymi w sieci urządzeniami odgrywającymi rolę urządzeń nadrzędnych.

57

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.3. Procedura typu token3.3.2. Opis

Pierścień logiczny jest wirtualną siecią urządzeń nadrzędnych, w której podstawowym elementem wymiany jest token.

Konfiguracja siecipolega na ustaleniu urządzeń nadrzędnych i podrzędnych, ustaleniu czasów i sposobu przekazywania tokena pomiędzy urządzeniami nadrzędnymi, zaadresowaniu urządzeń sieciowych i ustaleniu wspólnej prędkości transmisji.

58

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.3. Procedura typu token3.3.2. Hybrydowa procedura dostępu

Hybrydowa procedura dostępu to procedura dostępu do sieci, w której pierścień logiczny wykorzystywany jest do przekazywania uprawnień do zarządzania siecią pomiędzy urządzeniami nadrzędnymi, natomiast kaŜde z urządzeń podporządkowanych współpracuje z urządzeniami nadrzędnymi zgodnie z procedurą typu master-slave.

59

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.4. Procedury typu CSMA3.4.1. Zasady

Inicjalizacja cyklu sieci w sieci z procedurą dostępu typu CSMA przez dowolne urządzenie sieciowe jest moŜliwa gdy:� urządzenie sieciowe Ŝąda dostępu do sieci,� sieć nie jest zajęta.

Czas dostępu do sieci jest w procedurze CSMA bliŜej nieokreślony. Urządzenie sieciowe jest w stanie określić, Ŝe sieć jest zajęta, ale nie jest w stanie określić na jak długo.

60

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.4. Procedury typu CSMA3.4.2. Sposoby ponawiania prób dostępu do sieci

Śledzenie ruchu w sieci w sposób ciągły pozwala na uzyskanie przez urządzenie sieciowe dostępu do sieci natychmiast po stwierdzeniu przez nie, Ŝe sieć jest nie zajęta.

Kolizjawystępuje wówczas, gdy dostęp do sieci uzyskuje w danym momencie czasowym więcej niŜ jedno urządzenie sieciowe pracujące w trybie nadawczym.

61

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.4. Procedury typu CSMA3.4.1. Zasady

Procedury CSMA a determinizm sieciLosowy czas dostępu do sieci czyni je w ogólności sieciami niedeterministycznymi.

Ponawianie próby dostępu do sieci skuteczny dostęp do sieci wymaga zwykle realizacji pewnej (losowej) liczby dostępów przez urządzenie sieciowe. Czas dostępu jest zatem zmienną losową.

62

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.4. Procedury typu CSMA3.4.2. Sposoby ponawiania prób dostępu do sieci

Losowy sposób ponawiania prób dostępu do sieci polega na tym, Ŝe urządzenie sieciowe dokonuje losowania przedziału czasowego, po którym ponowi próbę dostępu do sieci. W przypadku ponownego nie uzyskania dostępu, następna próba dostępu do sieci będzie realizowana po czasie losowanym z grupy dłuŜszych przedziałów czasowych, aŜ do skutku.

Sposoby ponawiania prób dostępu do sieci � losowy� śledzenia ruchu w sieci

63

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.4. Procedury typu CSMA3.4.3. Sposoby rozwiązywania kolizji

Prawdopodobieństwo wystąpienia kolizjijest tym większe im większe jest obciąŜenie sieci.

Wykrywanie kolizjiurządzenia sieciowe nadając informację, jednocześnie ją odbierają z sieci. Porównując obie informacje mają moŜliwość detekcji, czy nie nastąpiła kolizja. Procedura dostępu SSMA z detekcją kolizji nazywa się procedurą CSMA/CD.

Kolizjewystępują w sieciach typu CSMA niezaleŜnie od realizacji sposobu dostępu do sieci.

64

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.4. Procedury typu CSMA3.4.3. Sposoby rozwiązywania kolizji

Procedura CSMA/CDnie zapobiega wystąpieniu kolizji.

Sygnał zagłuszeniajest wysyłany przez urządzenie sieciowe natychmiast po detekcji kolizji sieciowej. Sygnał ten dociera do wszystkich innych urządzeń sieciowych informując je o wystąpieniu kolizji. Po detekcji tego sygnału urządzenia sieciowe będące w konflikcie odłączają się z sieci i ponawiają do niej dostęp ale dopiero po losowo dobranym odcinku czasu.

65

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci

3.4. Procedury typu CSMA3.4.4. Zapobieganie wystąpieniu kolizji

Zapobieganie wystąpieniu kolizji polega na tym, Ŝe urządzenia śledzą stan zajętości sieci w sposób ciągły. Po zwolnieniu sieci rozpoczynają natychmiast cykl dostępu do sieci. Jeśli przynajmniej dwa urządzenia sieciowe Ŝądają dostępu do niej w tej samej chwili czasowej, to następuje rozpoczęcie procedury arbitraŜu.

Procedura CSMA/CAjest procedurą zapobiegającą wystąpieniu kolizji.

66

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci


ArbitraŜpolega na ustaleniu priorytetu sieciowego przesyłanej informacji. Priorytety są wysyłane przez urządzenia sieciowe na samym początku transmitowanych informacji. Po ustaleniu, które z urządzeń wysyła informację o wyŜszym priorytecie, następuje automatyczne odłączenie z sieci tych urządzeń, których informacje mają niŜszy priorytet i kontynuowanie transmisji informacji o najwyŜszym priorytecie.

67

Sieci komunikacyjne

3. Dostęp do sieci


Procedura CSMA/CA a determinizm sieci Zasadniczo sama procedura CSMA/CA jako taka nie zapewnia determinizmu sieci.

Natomiast poprzez zastosowanie odpowiedniego implementacji warstwy aplikacyjnej (warstwa 7 modelu referencyjnego ISO) moŜna osiągnąć efekt determinizmu.

68

69


4. Sieć komunikacyjna AS-i

4.1. Sieć AS-i4.1.1. Otwarte systemy sieciowe

Otwarty system komunikacyjnyjest systemem komunikacyjnym o powszechnie dostępnejspecyfikacji. Nad rozwojem otwartych systemów komunikacyjnych czuwają niezaleŜne od producentów organizacje ponadnarodowe.

69

70




Kompatybilność (ang. interoperability) jest cechą systemu sieciowego polegająca na moŜliwości bezkolizyjnej współpracy urządzeń na poziomie sprzętowym, programowym i funkcjonalnym.Specyfikacja otwartego systemu komunikacyjnego zapewnia moŜliwość uzyskania kompatybilności urządzeń sieciowych produkowanych przez róŜnych producentów.

70

71




Zamienność (ang. interchangebility) jest cechą polegająca na równowaŜności funkcjonalnej urządzeń sieciowych produkowanych przez róŜnych producentów (np. czujników indukcyjnych).

71

72




Sieć AS-ijest komunikacyjnym otwartym systemem sieciowym typu LAN przeznaczonym głównie do automatyzacji produkcyjnych procesów dyskretnych na poziomie warstwy produkcji.

72

73





73

74



4.1. Sieć AS-i4.1.2. Definicja sieci


74

Sieć AS-ijest przeznaczona do komunikacji lokalnej pomiędzy urządzeniami komunikacyjnymi wymieniającymi stosunkowo niewielkie ilości informacji.

W sieci AS-i zdefiniowanoprocedurę master-slave dostępu urządzeń do sieci.

75



4.1. Sieć AS-i4.1.3. Specyfikacja sieci

Sieć AS-ijest obecnie stosowana w dwóch specyfikacjach: AS-i 2.0 i AS-i 2.11.

75

Maksymalna liczba urządzeń typu slave jest równa 31 w specyfikacjiAS-i 2.0.

Maksymalna liczba urządzeń typu slave jest równa 32 w specyfikacjiAS-i 2.11.

76



4.1. Sieć AS-i4.1.4. Podział urządzeń podporządkowanych

Urządzenia podporządkowanedzielą się na dwie grupy:

� urządzenia inteligentne zawierające interfejsy komunikacyjne sieci AS-i

� urządzenia sprzęgające pozwalające na dołączenie do sieci AS-i urządzeń, które konstrukcyjnie nie są wyposaŜone w interfejsy komunikacyjne tej sieci.

76

77



4.1. Sieć AS-i4.1.5. Struktura sieci

Sieć AS-izłoŜona jest z:� jednostki nadrzędnej� zasilacza specjalnego AS-i� jednostek podporządkowanych� urządzeń sprzęgających� zasilaczy zewnętrznych (opcja)

77

78



4.1. Sieć AS-i4.1.9. Magistrala AS-i

Maksymalna długość magistali sieci AS-ijest ograniczona do 100m.

78

Magistralanie wymaga stosowania rezystorów terminalnych.

Magistrala AS-ijest magistrala dwuprzewodową.

Topologiamagistrali AS-i jest dowolna.

79



4.1. Sieć AS-i4.1.10. Kabel AS-i

79

Kabel AS-ijest kablem dwuŜyłowym nieekranowanym o charakterys-tycznym profilu i Ŝółtej izolacji. Kabel przygotowany jest do wykonywania połączeń elektrycznych w technologii zacinania.

Zajęcia współfinansowane przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Dziękuję za uwagę

Documents

2010 Wprowadzenie do sieci komunikacyjnych - ZKUPzkup.mchtr.pw.edu.pl/pom_dyd/SMM/SMM_10_Wprowadzenie do sieci... · Topologia pierścienia Przykład Jeśli urządzenie A chce przesłać