概述

數(shù)據(jù)鏈路層檢測(cè)和校正物理層中可能發(fā)生的錯(cuò)誤，從而為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)幀，其通常被細(xì)分為2個(gè)子層:邏輯鏈路控制(LLC)子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)子層。邏輯鏈路控制子層為網(wǎng)絡(luò)層定義服務(wù)，而介質(zhì)訪問(wèn)控制子層定義多個(gè)節(jié)點(diǎn)如何分享通信介質(zhì)。

數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范包括:

1. 數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)。這些服務(wù)構(gòu)成了一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層要求的黑盒模型。

2. 邏輯鏈路控制子層的要求包括:HART幀格式、HART設(shè)備地址結(jié)構(gòu)、用于信息完整性的安全服務(wù)和錯(cuò)誤檢測(cè)代碼。

3. 介質(zhì)訪問(wèn)控制子層定義的規(guī)則確保了眾多設(shè)備都能有序地發(fā)送數(shù)據(jù)。換句話(huà)說(shuō)，介質(zhì)訪問(wèn)子層規(guī)定了設(shè)備什么時(shí)候被允許發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)

4. 滿(mǎn)足介質(zhì)訪問(wèn)控制子層正確操作的實(shí)際時(shí)間值。這些實(shí)際時(shí)間值直接反應(yīng)了些物理層性能特征(如信道評(píng)估時(shí)間、發(fā)送/接收狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換時(shí)間)。

數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)

· 報(bào)文服務(wù)原語(yǔ)

報(bào)文服務(wù)原語(yǔ)提供了支持設(shè)備間基本數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)。數(shù)據(jù)鏈路層也必須允許報(bào)文隊(duì)列。協(xié)議也支持自動(dòng)重傳以確保準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換。

1.發(fā)送服務(wù)原語(yǔ)

TRANSMIT.request(handle, payload, priority, timeout, graph)，設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層使用此服務(wù)原語(yǔ)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_(tái)設(shè)備

TRANSMIT.confirm(handle,localStatus)，該服務(wù)原語(yǔ)傳達(dá)之前發(fā)出的請(qǐng)求的結(jié)果。

TRANSMlT.indicate(localStaus, priority, sourceAddress, payload)，該服務(wù)原語(yǔ)由數(shù)據(jù)鏈路層調(diào)用，以通知網(wǎng)絡(luò)層已成功接收了尋址到設(shè)備的有效載荷。

FLUSH.request(handle)，刪除指定的數(shù)據(jù)包。

FLUSH.confirm(handle,localStatus)，表示數(shù)據(jù)包是否刪除以及何時(shí)被刪除。

2.網(wǎng)絡(luò)事件服務(wù)原語(yǔ)

PATH FAILUER.indicate(localStaus, SourceAddress)，通知與此設(shè)備連接的另一臺(tái)設(shè)備的路徑已失效。

ADVERTISE.indicate(localStatus, AdvertisePayload)，此服務(wù)原語(yǔ)在接收到廣告包時(shí)產(chǎn)生。

NElGHBOR.indicate(localStatus, souceAddress, packetRSL)，每當(dāng)設(shè)備從未列在鄰居表中的設(shè)備接收數(shù)據(jù)包時(shí)，應(yīng)生產(chǎn)此服務(wù)原語(yǔ)。

3.接收服務(wù)原語(yǔ)

RECEIVE.indicate(localStatus, packetRSL, payloadDLPDU)，該服務(wù)原語(yǔ)表示收到了一個(gè)未尋找到該設(shè)備的幀。

· 管理服務(wù)原語(yǔ)

管理服務(wù)原語(yǔ)即可用于配置數(shù)據(jù)鏈路層，也可以用于訪問(wèn)數(shù)據(jù)鏈路層的統(tǒng)計(jì)信。

LOCAL_MANAGEMENT.request(service,[data])，此服務(wù)用于配置數(shù)據(jù)鏈路層屬性。

LOCAL_MANAGEMENT.confirm(service,status, [data])，該服務(wù)用于返回之前請(qǐng)求的結(jié)果。

LOCAL_MANAGEMENT.indicate(service,status,[data])，該服務(wù)用于向 LOCAL MANAGEMENT通知未請(qǐng)求的MAC子層事件。

邏輯鏈路控制

· DLPDU

每個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)報(bào)文(DLPUD)都包含以下一些字段

· 定值為0x41的單字節(jié)

· 1個(gè)字節(jié)的地址說(shuō)明符

· 1個(gè)字節(jié)的序列號(hào)

· 2個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)

· 2個(gè)字節(jié)或8個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的目標(biāo)地址和源地址

· 1個(gè)字節(jié)的DLPDU說(shuō)明符

· 數(shù)據(jù)鏈路層載荷

· 4個(gè)字節(jié)的消息完整性代碼(MIC)

· 2個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)

圖1 DLPDU幀結(jié)構(gòu)

1.DLPDU分類(lèi)符

DLPDU分類(lèi)符規(guī)定了優(yōu)先級(jí)、報(bào)文類(lèi)型、是否使用網(wǎng)絡(luò)密鑰或公共密鑰認(rèn)證報(bào)。

圖2 DLPDU分類(lèi)符定義

2.加密的消息完整性代碼

加密的消息完整性代碼(MIC)用于數(shù)據(jù)鏈路層的DLPDU認(rèn)證。設(shè)備僅響應(yīng)通過(guò)認(rèn)證的單播和非確認(rèn)DLPDU。

· DLPDU優(yōu)先級(jí)和流控制

DLPDU分類(lèi)符定義了4種優(yōu)先級(jí)。具有最高命令優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)報(bào)文總是優(yōu)先被傳送，以便網(wǎng)絡(luò)管理器維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作。為了防止報(bào)警泛濫破壞網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，報(bào)警報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)被進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。由于報(bào)警總是以時(shí)間標(biāo)記，所以相關(guān)信息(如故障時(shí)序)不會(huì)丟失。最后，當(dāng)緩沖空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬允許時(shí)，所有其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)都可以在網(wǎng)絡(luò)中流通。在這些網(wǎng)絡(luò)流量中，過(guò)程數(shù)據(jù)有一定的優(yōu)先級(jí)。過(guò)程操作和控制的優(yōu)先級(jí)僅次于防止網(wǎng)絡(luò)通信中斷操作的優(yōu)先級(jí)。

· 錯(cuò)誤檢測(cè)代碼和安全

加密的MIC用于確保DLPDU來(lái)源于一個(gè)被授權(quán)和認(rèn)證過(guò)的設(shè)備。DLPDU本身是不加密的，但是它的內(nèi)容是通過(guò)MIC來(lái)認(rèn)證的。

公共密鑰和網(wǎng)絡(luò)密鑰是數(shù)據(jù)鏈路層的2種密鑰。公共密鑰用于廣播和新設(shè)備入網(wǎng)的時(shí)候使用，而網(wǎng)絡(luò)密鑰用于所有其他的數(shù)據(jù)交換。

介質(zhì)訪問(wèn)控制

介質(zhì)訪問(wèn)控制子層的主要目標(biāo)是維護(hù)時(shí)隙同步、識(shí)別出必須被服務(wù)的時(shí)隙、偵聽(tīng)來(lái)自于鄰居設(shè)備的數(shù)據(jù)、相應(yīng)地將網(wǎng)絡(luò)層傳遞來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。

· 時(shí)隙

時(shí)隙內(nèi)的所有操作都需要滿(mǎn)足規(guī)定的時(shí)間要求。下圖所示為一個(gè)通信時(shí)隙，同時(shí)也概述了時(shí)隙內(nèi)通信的事務(wù)時(shí)序。

圖3 通信時(shí)隙

表1 時(shí)隙內(nèi)通信的時(shí)序符號(hào)

· 通信表和緩沖區(qū)

所有設(shè)備都維護(hù)著一系列通信表。這些通信表用于控制所有設(shè)備的通信和收集這些通信的統(tǒng)計(jì)信息。此外，數(shù)據(jù)報(bào)文在接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中可能需要被緩沖起來(lái)。

控制通信行為的表包括:

1. 超幀表: 網(wǎng)絡(luò)管理器可能配置多個(gè)超幀。

2. 鏈路表: 與某個(gè)設(shè)備相關(guān)的所有鏈路的列表。超幀中的每個(gè)鏈路都被配置成用來(lái)與某個(gè)特殊鄰居設(shè)備通信，或者廣播給所有在這個(gè)鏈路中處于偵聽(tīng)狀態(tài)的設(shè)備。

3. 鄰居表:  鄰居表是某個(gè)設(shè)備所有鄰居設(shè)備的列表。

4. 圖表: 圖用于源設(shè)備到目標(biāo)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)包路由。設(shè)備并不知道整個(gè)路由路徑。然而，圖指明了下一跳目標(biāo)設(shè)備，這樣數(shù)據(jù)就可被依次傳遞至最終目標(biāo)設(shè)備，

· 鏈路調(diào)度

所有設(shè)備都必須維護(hù)一個(gè)鏈路調(diào)度以識(shí)別下一個(gè)時(shí)隙所對(duì)應(yīng)的服務(wù)。時(shí)隙所對(duì)應(yīng)的服務(wù)既包括偵聽(tīng)一個(gè)新數(shù)據(jù)包，又包括通過(guò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包。當(dāng)一個(gè)時(shí)隙同時(shí)要被用于發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包和接收一個(gè)數(shù)據(jù)包的時(shí)候，發(fā)送數(shù)據(jù)包比接收數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)高。

鏈路調(diào)度表面上看起來(lái)簡(jiǎn)單。然而，由于事務(wù)優(yōu)先級(jí)、鏈路變換、超幀的使能或不使能等諸多原因，鏈路調(diào)度實(shí)際上很復(fù)雜。每個(gè)影響鏈路調(diào)度的事件都可能會(huì)引起大范圍的鏈路重新分配。

中科博微WirelessHART系列產(chǎn)品

中科博微的智能無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品采用專(zhuān)注于過(guò)程自動(dòng)化的WirelessHART無(wú)線(xiàn)技術(shù)，具備自組網(wǎng)、自修復(fù)、低功耗、數(shù)據(jù)加密等特點(diǎn)，確保可靠的運(yùn)行以及靈活和快速的安裝。通過(guò)我們的無(wú)線(xiàn)模塊、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)、無(wú)線(xiàn)適配器、無(wú)線(xiàn)溫度變送器等產(chǎn)品可快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)維與診斷。中科博微的智能無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品已成為國(guó)內(nèi)終端客戶(hù)的首選工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信方案，國(guó)際知名企業(yè)也紛紛加入合作的行列中，已經(jīng)在石油化工、電力、冶金、機(jī)械制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接入點(diǎn)

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