概述

數(shù)據(jù)鏈路層檢測和校正物理層中可能發(fā)生的錯誤，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個子層:邏輯鏈路控制(LLC)子層和介質(zhì)訪問控制(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)訪問控制子層定義多個節(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)和錯誤檢測代碼。

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

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

數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)

· 報文服務(wù)原語

報文服務(wù)原語提供了支持設(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文隊列。協(xié)議也支持自動重傳以確保準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換。

1.發(fā)送服務(wù)原語

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

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

TRANSMlT.indicate(localStaus, priority, sourceAddress, payload)，該服務(wù)原語由數(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被刪除。

2.網(wǎng)絡(luò)事件服務(wù)原語

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

ADVERTISE.indicate(localStatus, AdvertisePayload)，此服務(wù)原語在接收到廣告包時產(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，應(yīng)生產(chǎn)此服務(wù)原語。

3.接收服務(wù)原語

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

· 管理服務(wù)原語

管理服務(wù)原語即可用于配置數(shù)據(jù)鏈路層，也可以用于訪問數(shù)據(jù)鏈路層的統(tǒng)計信。

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)用于返回之前請求的結(jié)果。

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

邏輯鏈路控制

· DLPDU

每個數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)報文(DLPUD)都包含以下一些字段

· 定值為0x41的單字節(jié)

· 1個字節(jié)的地址說明符

· 1個字節(jié)的序列號

· 2個字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)號

· 2個字節(jié)或8個字節(jié)長度的目標(biāo)地址和源地址

· 1個字節(jié)的DLPDU說明符

· 數(shù)據(jù)鏈路層載荷

· 4個字節(jié)的消息完整性代碼(MIC)

· 2個字節(jié)的CRC校驗

圖1 DLPDU幀結(jié)構(gòu)

1.DLPDU分類符

DLPDU分類符規(guī)定了優(yōu)先級、報文類型、是否使用網(wǎng)絡(luò)密鑰或公共密鑰認(rèn)證報。

圖2 DLPDU分類符定義

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)通過認(rèn)證的單播和非確認(rèn)DLPDU。

· DLPDU優(yōu)先級和流控制

DLPDU分類符定義了4種優(yōu)先級。具有最高命令優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)報文總是優(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。為了防止報警泛濫破壞網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，報警報文在網(wǎng)絡(luò)中的流動被進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。由于報警總是以時間標(biāo)記，所以相關(guān)信息(如故障時序)不會丟失。最后，當(dāng)緩沖空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬允許時，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，過程數(shù)據(jù)有一定的優(yōu)先級。過程操作和控制的優(yōu)先級僅次于防止網(wǎng)絡(luò)通信中斷操作的優(yōu)先級。

· 錯誤檢測代碼和安全

加密的MIC用于確保DLPDU來源于一個被授權(quán)和認(rèn)證過的設(shè)備。DLPDU本身是不加密的，但是它的內(nèi)容是通過MIC來認(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)訪問控制

介質(zhì)訪問控制子層的主要目標(biāo)是維護(hù)時隙同步、識別出必須被服務(wù)的時隙、偵聽來自于鄰居設(shè)備的數(shù)據(jù)、相應(yīng)地將網(wǎng)絡(luò)層傳遞來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。

· 時隙

時隙內(nèi)的所有操作都需要滿足規(guī)定的時間要求。下圖所示為一個通信時隙，同時也概述了時隙內(nèi)通信的事務(wù)時序。

圖3 通信時隙

表1 時隙內(nèi)通信的時序符號

· 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)計信息。此外，數(shù)據(jù)報文在接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)的過程中可能需要被緩沖起來。

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超幀。

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

3. 鄰居表:  鄰居表是某個設(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)一個鏈路調(diào)度以識別下一個時隙所對應(yīng)的服務(wù)。時隙所對應(yīng)的服務(wù)既包括偵聽一個新數(shù)據(jù)包，又包括通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)一個數(shù)據(jù)包。當(dāng)一個時隙同時要被用于發(fā)送一個數(shù)據(jù)包和接收一個數(shù)據(jù)包的時候，發(fā)送數(shù)據(jù)包比接收數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級高。

鏈路調(diào)度表面上看起來簡單。然而，由于事務(wù)優(yōu)先級、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。每個影響鏈路調(diào)度的事件都可能會引起大范圍的鏈路重新分配。

中科博微WirelessHART系列產(chǎn)品

中科博微的智能無線產(chǎn)品采用專注于過程自動化的WirelessHART無線技術(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?？煽康倪\(yùn)行以及靈活和快速的安裝。通過我們的無線模塊、無線網(wǎng)關(guān)、無線適配器、無線溫度變送器等產(chǎn)品可快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)維與診斷。中科博微的智能無線產(chǎn)品已成為國內(nèi)終端客戶的首選工業(yè)無線通信方案，國際知名企業(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)

擁有國內(nèi)第一、國際第三個通過國際認(rèn)證的現(xiàn)場總線協(xié)議棧，國內(nèi)第一個通過國際認(rèn)證的現(xiàn)場總線儀表，國內(nèi)第一個網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)示范應(yīng)用，國內(nèi)第一個通過國際認(rèn)證的功能安全儀表，國內(nèi)第一個通過國際認(rèn)證的無線HART產(chǎn)品等。

中科博微是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化領(lǐng)域國家重要科技計劃項目的主要承擔(dān)單位之一，多年來承擔(dān)了多個國家科技重大專項，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)，智能制造裝備發(fā)展專項等國家科技計劃項目。

公司在技術(shù)能力、技術(shù)成果及技術(shù)儲備方面積累了豐富的經(jīng)驗，擁有一批實(shí)力雄厚的研發(fā)團(tuán)隊，為公司產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。