LonWorks现场总线介绍

载动态调整P值。时间片的增加通过一个N值,插入的随机时间片为N×16,这个N值的取值范围是1～63。LonTalk称N为网络积压的估计值,是对当前发送周期有多少个节点有报文需要发送的估计。LonTalk协议根据网络积压动态地调整介质访问,允许网络在轻负载情况下用较短的时间片,在重负载情况下用较长的响应时间片。

对照实验表明,36个LonWorks节点互联,采用一般P-坚持算法,当每秒要传输的报文达500 ～1000包时,碰撞率从10%上升到54%;而采用预测的P-坚持算法,在500包以下时碰撞率与前者相当,在500～1000包时稳定在10%。

对所有令牌环网络,LonTalk具有对多介质的支持,但这些介质必须在总线上具有环的结构 ,令牌在这个环线上轮巡。这对使用电力线和无线电作为介质的网络显然不可行,因为网上所有节点几乎能同时收到令牌。同时,令牌环网络还需增加令牌丢失时的恢复机制、令牌快速应答机制,这些都增加了硬件上的开销,使网络成本增加。

对令牌总线网络,LonTalk在令牌中加入网络地址,从而在物理总线上建立一个逻辑环的结构,使令牌在这个逻辑环上轮巡。但是,在低速网络中令牌轮巡时间变得很长。另外,令牌总线在有节点上网或下网时都会发生网络重构。在电池供电的系统中,会因经常休眠和唤醒而导致网络上下网时频繁重构;在恶劣的环境中,常会发生令牌丢失而导致网络重构。这些网络重构会大大降低网络的效率。同时,由于网络地址的限制,每个网络至多只有255个节点。

我们常用的CSMA/CD(如Ethernet),在轻负载情况下具有很好的性能;在重负载情况下, 过多的碰撞使网络效率变得极低。

目前,在现场总线中还有一种十分流行的网络——CANbus。它采用无主结构,这一点大大优于Bitbus。其MAC层上的管理很有特色。它也采用CSMA方式,但将网络上的节点分成不同的优先级,采用支配位(0)和避让位(1)、以及总线回读的方法实现非破坏性总线仲裁。即当两个节点同时向网络传递信息时,优先级低的节点主动停止发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传输,这可以有效地避免总线碰撞。但是,这要求网络一定要同步,这对多介质的情况显然不适用。另外,对各节点不太需要优先级的网络,由于不得不定义一个优先级,因而当网络通信较繁忙时,有些优先级低的节点可能很长时间不能发送信息。因此,Canbus较适合介质单一、节点数目较少的小网络。

综上所述,Lon的MAC子层具有以下优点:支持多介质的通信,支持低速率的网络,可在重负载情况下保持网络性能,支持大型网络。

2.LonTalk对优先级的支持

在LonWorks网络中,为提高紧急事件的响应时间,提供了一个可选择的优先级机制。该机制允许用户为每个需要优先级的节点分配一个特定的优先级时间片,并保证有且只有一个节点拥有这样的优先级时间片。在发送过程中,优先级数据报将在该时间片内把数据报发送出去。优先级时间片为0～127,0是不需等待立即发送,1是等待1个时间片,2是等待2个时间片 ,依此类推。低优先级的节点需等待较多的时间片,而高优先级的节点需等待较少的时间片 ,这个时间片加在P-概率时间片之前。非优先级的节点必须等待优先级时间片都完成后, 再等待P-概率时间片后发送。因此,加入优先级的节点总比非优先级的节点有更快的响应时间。

3.LonTalk对多介质的支持

LonTalk协议对各种介质的支持是独立的。Lon的神经元芯片可以容许的通信介质类型非常广泛,如双绞线、电力线、无线电、红外线、同轴电缆、光纤等。

4.LonTalk对多通道的支持

一个通道是指在物理上能独立发送报文(不需要转发)的一段介质。LonTalk规定,一个通道至多有32385个节点,一个网络可以由一个或多个通道组成,通道之间通过路由器来连接。

这样,不仅可实现多介质在同一网络上的连接,而且可减轻一个通道的网络信道过于拥挤。

5.LonTalk对大网络的支持

网络地址可以有以下三层结构:

第一层结构是域。域的结构可以保证在不同的域中通信彼此独立。例如,不同的应用节点共存在同一通信介质中(如无线电),不同的域的区分可以保证它们的应用完全独立,不会彼此干扰。

第二层结构是子网。每个域最多有255个子网,一个子网可以是一个或多个通道的逻辑分组 ,有一种子网层的智能路由器产品可以实现子网间的数据交换。

第三层结构是节点。每个子网最多有127个节点,所以一个域最多有255×127=32385个节点。任一节点可以分属一个或两个域,容许一个节点作为两个域之间的网关,也容许一个传感器节点将采集到的数据分别发向两个不同的域。

节点也可以被分组,一个分组在一个域中跨越几个子网或通道。在一个域中最多有256 个分组,每个分组对