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实际注意事项 - 数字通信

工业控制网络的一个主要考虑因素是保证从一个节点到另一个节点的最大通信时间,其中现实生活中的过程的监视和控制必须经常在设定的时间快速发生。

如果您使用数字网络控制核反应堆冷却剂阀门的位置,您需要能够保证阀门的网络节点在正确的时间从控制计算机接收正确的定位信号。否则,可能会发生非常糟糕的事情!

网络保证数据“吞吐量”的能力称为确定性。确定性网络具有保证的从节点到节点的数据传输的最大时间延迟,而非确定性网络则没有。非确定性网络的杰出例子是以太网,其中节点依靠随机延时电路在冲突后重置和重新尝试传输。

由于节点的数据传输可能会因重复冲突后的一系列重置和重试而无限延迟,因此无法保证其数据会被发送到网络。但实际上,这种可能性在天文数字上是如此之大,以至于在轻负载网络中几乎没有实际问题。

另一个重要的考虑因素,特别是对于工业控制网络,是网络容错:即特定网络的信号、拓扑和/或协议对故障的敏感程度如何?我们已经简要讨论了一些围绕拓扑的问题,但协议同样会影响可靠性。例如,主/从网络虽然具有极高的确定性(对关键控制来说是一件好事),但完全依赖于主节点来保持一切运转(通常对关键控制来说是一件坏事)。如果主节点因任何原因出现故障,其他节点将根本无法传输任何数据,因为它们永远不会收到分配的时隙权限,整个系统将失败。

一个类似的问题围绕着令牌传递系统:如果持有令牌的节点在将令牌传递给下一个节点之前发生故障会发生什么?如果网络静默时间过长,一些令牌传递系统通过让几个指定节点生成新令牌来解决这种可能性。

如果持有令牌的节点死亡,这可以正常工作,但是如果由于电缆连接断开而导致网络的一部分陷入沉默,则会导致问题:网络中陷入沉默的部分会在一段时间后生成自己的令牌,而您基本上只剩下两个较小的网络,带有一个代币,每个代币都在传递以维持通信。

然而,如果电缆连接重新插入,就会出现问题:这两个分段的网络再次连接在一起,现在有两个令牌在一个网络中传递,导致节点的传输发生冲突!

没有适用于所有应用程序的“完美网络”。工程师和技术人员的任务是了解应用程序并了解可用网络的操作。只有这样,高效的系统设计和维护才能成为现实。


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