利用CAN-bus网络实现ADSL通信电杆检测

CAN-bus(控制器区域网络)总线主要用于汽车内部测量与控制中心之间的数据通信，它定义了OSI网络模型的数据链路层和部分物理层(见图1)。

由于CAN-bus良好的性能，在世界范围内广泛应用于其他领域当中，如工业控制、楼宇建筑、电梯网络、电力通讯和安防消防等诸多领域，并逐渐成为这些行业的主要通讯手段。它具有传输可靠、实时性高、传输距离远、传输速率快、可方便扩充节点数、总线利用率高、数据出错率低，以及性价比极高等优势。

但是，CAN-bus2.0规范并没有定义应用层。实际应用中，用户需要选择一个合适的应用层协议，比如DeviceNet协议、CANopen协议，或者自行制定一个应用层协议。本文主要介绍另一个基于连接的可靠协议：iCAN协议的应用。

基于CAN-bus的iCAN协议

iCAN协议详细地定义了CAN报文中ID以及数据的分配和应用，并定义了设备的I/O资源和访问规则。iCAN协议结构如图2所示。

图1：现场总线CAN-bus与OSI模型的关系

图2：iCAN协议通信层结构

1.iCAN协议的通讯模式

在任何一个iCAN的报文标识符中，指定了源节点地址(发送报文的节点编号)以及目的地址(接收报文的节点编号)，即对于任何一个报文参与通讯的双方是确定的。因此iCAN协议中报文是面向节点的。

iCAN网络中设备之间的通讯是基于连接的，在网络中任何一个参与通讯的从站设备都必须和主站设备之间建立一个独立的通讯连接。正由于iCAN网络中设备之间的通讯是基于连接的，这样也为对任何一个设备的通讯进行监控提供了可能。在iCAN网络中，主控设备和从设备之间的通讯并不能够随机进行，主控设备和从设备之间必须首先建立一个连接。建立连接后，主控设备才能够与从设备进行通讯。

基于iCAN协议的CAN网络中，最常用的通讯方式是主从双向通讯方式，通讯由网络中的主控设备发起，接收到命令帧的设备返回响应帧。在主从通讯分为点对点方式和广播方式两种情况。为提高通信效率，充分利用CAN-bus多主和无损仲裁机制，在iCAN协议中也采用事件触发的通讯模式，包括定时循环发送和状态触发发送。

2．iCAN的网络管理

iCAN网络管理的主要任务是检测和显示网络中的错误，并通过服务以协调控制各个从站设备的通讯状态。

为保证通讯的正常，网络中的每一个通讯都需要进行监控，并在通讯出现异常时，采用适当的方式恢复通讯。例如对每个通讯均可通过监控其信息到达节点的时间，通过判断是否超时决定通讯是否异常，并采取相应的行动。在iCAN网络中通讯的监控是基于对连接的监控实现的。iCAN网络管理可以包括节点控制和通讯控制，节点控制用于控制想要参与分布式应用的节点的初始化，这样就可以对单个或所有节点的通信状态进行同步控制。iCAN网络中的节点控制通过定义iCAN设备的网络访问状态机制而实现，iCAN网络访问状态机制规定了节点在网络中启动时必须执行的状态图，详细规定了节点各状态之间切换的规则，并可以通过特定的报文对节点进行控制。

图3：iCAN设备网络初始化过程

iCAN协议的通讯控制用于对网络通讯报文进行监控，保证在通讯异常时，通过适当的方式能够恢复通讯。通讯的控制是以主站设备和从站设备之间的通讯时间间隔作为依据的。因此在iCAN网络中，通讯是否异常是通过"超时机制"判断的。为实现通讯控制，在iCAN协议中定义了MACID检测定时器、连接定时器、循环传送定时器。

在MACID检测中会使用到一个固定时间长度的MACID检测定时器，通常设定为1秒。iCAN设备在成功发送MACID检测报文后，会启动MAC ID检测定时器，如果定时器计时到达1秒时，设备还没有接收到MAC ID检测报文，则进入可操作状态。

在一个连接中，通过连接定时器实现连接通讯响应的超时机制。该连接定时器通过主站通讯定时参数进行设定，如果在通讯过程中，连接定时器计数满则意味通讯超时，此时从站设备会自动删除连接。

循环传送定时器用于触发传送。在一个连接中当循环传送定时器超时后，从站设备发送报文。循环传送定时器通过定时循环参数进行设定。当连接建立时，并设置了循环定时参数后，从站设备的循环传送定时器被激活。当从站设备的循环传送定时器超时后，主动发送报文到主控节点。

iCAN在ADSL通信电杆检测中的应用

ADSL通信电杆的检测，包括倾斜角度、电缆盗窃等是通过工作人员到现场检测的方法逐个记录，且其分布散、数量大，所以费时费力。建立一个分布式的采集网络，当通信电杆的倾斜达到一定角度时自动产生一个报警信号并通知主控PC，或检测到有人在爬杆窃取电缆时产生一个报警信号并通知主控PC，并支持现场报警，这是实现ADSL通信电杆自动监控的有效方法。

ADSL每隔3000m～5000m有一个中继局，中继局中有互联网网络接口，通过ADSL可直接上互联网。中继局之间每隔20m～30m架设一个通信电杆，每个中继局之间大概有150个通信电杆。