9.3. Канальний рівень
Канальний рівень моделі OSI складається з підрівня управління логічним з'єднанням LLC (Logical Link Control) і підрівня доступу до фізичної лінії передачі МАС (Media Access Control).
На рис. 9.5 представлена структура Ethernet-фрейму. Він починається з преамбули, яка є одиницями, що чергуються, і нулями і вказує одержувачеві, що починається передача фрейма. Поле «Прапор початку» вказує одержувачеві, що відразу після закінчення цього поля почнеться передача змістовної частини фрейма. Адресою відправника і одержувача є МАС адреси. Поле «Тип» вказує, який тип протоколу більш високого рівня інкапсульований в полі даних. Поле СRC містить значення контрольної суми (СRС) для всього фрейма.
Рис. 9.5. Структура фрейма Ethernet. Загальна довжина 72 байти. Пакети Тср/udp і IР інкапсульовані в полі «Дані».
Поле даних містить пакети протоколу більш високого рівня, наприклад Тср/udp і IР, і дані. Це поле може також містити протоколи прикладного рівня інших промислових мереж, утворюючи гібридні мережеві протоколи Modbus ТСР (на основі Modbus RTU, від компанії Schneider Electric, EtherNet/IР (на основі DeviceNet, розроблений Rockvell Automation і ODVA), HSE (на основі Foundation Fieldbus), ProfiNet (Profibus в Ethernet), Interbus -TCP/IP та інші (більше 14 протоколів). У цих протоколах залишаються наступні загальні риси Ethernet:
технологія передачі даних на фізичному рівні (Ethernet;);
метод доступу до мережі CSMA/CD;
IР протокол на 3-му рівні моделі OSI;
ТСР і UDP-протоколи на 4-му рівні моделі OSI.
Протокол Modbus ТСР (або Modbus Тср/iр) використовується для того, щоб підключити пристрої з протоколом Modbus до Ethernet, або Інтернет. Він використовує кадри Modbus RTU на 7-му (прикладному) рівні моделі OSI, протоколи Ethernet на 1-му і 2-му рівні моделі OSI і Тср/i на 3-му і 4-му рівні, тобто Ethernet Тср/iр використовується для транспортування модифікованого кадру Modbus RTU.
Рис. 9.6. Частина фрейма Modbus ТСР, що вбудовується в поле «Дані» фрейма Ethernet
Кадр Modbus RTU (див. рис. 8.1) використовується без поля контрольної суми, оскільки використовується стандартна контрольна сума Ethernet Тср/iр. Не використовується також поле адреси, оскільки в Ethernet використовується інша система адресації. Таким чином, тільки два поля: «Код функції» і «Дані» (блок PDU) вбудовуються в протокол Ethernet Тср/iр. Перед ними вставляється нове поле — заголовок МВАР (Modbus Аррlication Protocol — прикладний протокол Modbus, рис. 9.6).
Поле «Ідентифікатор обміну» використовується для ідентифікації повідомлення у разі, коли в межах одного ТСР з'єднання клієнт посилає серверу декілька повідомлень без очікування відповіді після кожного повідомлення.
Поле «Ідентифікатор протоколу» містить нулі і зарезервовано для майбутніх застосувань. Поле «Довжина» указує кількість наступних за ним байт.
Поле «Ідентифікатор пристрою» ідентифікує видалений сервер, розташований поза мережею Ethernet (наприклад, в мережі Modbus RTU, яка сполучена з Ethernet за допомогою міжмережевого моста). Найчастіше це поле містить нулі або одиниці, ігнорується сервером і відправляється назад в тому ж вигляді (як луна).
Зображений на рис. 9.6 фрейм називається фреймом ADU (Application Data Unit), вбудовується в поле «Дані» фрейма Ethernet (рис. 9.5) і посилається через ТСР порт 502, спеціально зарезервований для Modbus ТСР (порти призначаються і контролюються організацією IANA (Internet Assigned Numbers Authority www.iana.org). Клієнти і сервери Modbus посилають, отримують і прослуховують повідомлення через ТСР порт 502.
Таким чином, структура кадру і сенс його полів «Код функції» і «Дані» для Modbus і Modbus ТСР абсолютно ідентичні, тому для роботи з Modbus ТСР не вимагається додаткового навчання в порівнянні з Modbus RTU. Ті ж самі коди функцій і дані, що і в Modbus OSI, передаються по черзі з прикладного (7-го) рівня моделі OSI (рис. 9.7) на транспортний рівень, який додає до блоку Рdu кадру Modbus RTU (рис. 8.1) заголовок з протоколом ТСР. Далі новий отриманий кадр передається на мережевий рівень, де в нього додається заголовок IР, потім він передається на канальний рівень Ethernet і на фізичний. Дійшовши до фізичного рівня, блок PDU виявляється таким, що «обріс» заголовками протоколів всіх рівнів, через які він пройшов. Пройшовши по лінії зв'язку, повідомлення просувається від низу до верху стеком протоколів (рівням моделі OSI) в пристрої одержувача, де на кожному рівні з нього видаляється відповідний заголовок, а на прикладному рівні виділяється блок PDU (код функції і дані) кадру протоколу Modbus RTU.
Рис. 9.7. Процес передачі кадру Modbus RTU по рівнях моделі OSI через стек протоколів Ethernet Тср/iр в мережах з протоколом Modbus ТСР
У мережі з протоколом Modbus ТСР пристрої взаємодіють за типом «клієнт-сервер», де як клієнт виступає головний пристрій, як сервер — слейв-пристрій. Сервер не може ініціювати зв'язок в мережі, але деякі пристрої в мережі можуть виконувати роль як клієнта, так і сервера.
Modbus ТСР не має широкомовного або багатоабонентського режиму, він здійснює з'єднання тільки між двома пристроями.
Лекція 10. БЕЗДРОТОВІ ЛОКАЛЬНІ МЕРЕЖІ|сіті|
10.1. Проблеми бездротових мереж|сітей|
10.2 Залежність щільності потужності від відстані.
10.3 Вплив інтерференції хвиль.
10.4 Джерела перешкод.
10.5 Деякі особливості радіоканалів.
Існує багато об'єктів автоматизації, де складно обійтися без бездротових мереж|сітей| або де їх застосування|вживання| явно бажано:
датчики і виконавчі пристрої|устрої| на рухомих|жвавих,рухливих| частинах|частках| конвеєрів, вітряків, ліфтів, міксерів, візків для переміщення вантажів|тягарів| по цеху, на крилах і лопатях літаків, на підшипниках двигунів, на роботах, в пересувних лабораторіях, датчики на тілі людини і тварин; датчики вібрації на контейнерах для перевезення вантажів|тягарів|;
об'єкти, в яких небажано свердлити стіни або псувати дизайн: офісні будівлі, в яких встановлюється пожежна і охоронна сигналізація, датчики для систем обігріву і кондиціонування повітря, для моніторингу механічного напруження в конструкціях будівель; у системах «розумного будинку|дому,хати|» (управління освітленням, кондиціонуванням-обігрівом, охоронними датчиками, побутовими приладами і ін.);
епізодичне програмування і діагностика ПЛК, коли прокладати постійні кабелі не вигідно; дистанційне зчитування показників лічильників, самописців;
об'єкти з|із| агресивними середовищами|середою|, вібрацією; об'єкти, що знаходяться|перебувають| під високою напругою або в місцях|місце-милях|, не зручних для прокладки|прокладення| кабелю;
відстежування траєкторії руху транспорту, охорона кордонів держави, моніторинг напруженості автомобільного трафіку в містах і умов на дорогах, моніторинг лісу, морів, сільськогосподарських культур, моніторинг шкідливих викидів в екології;
будь-які об'єкти, для яких відомо, що вартість кабелів, кабельних каналів, опір або траншей, а також робіт з монтажу і обслуговуванню істотно|суттєвий| перевищує вартість замінюючої бездротової системи, за умови відсутності жорстких вимог до надійності доставки повідомлень|сполучень| в реальному часі;
об'єкти у вибухонебезпечних зонах.
У більшості застосувань|вживань| бездротові мережі|сіті| дозволяють досягти наступних|слідуючих| переваг в порівнянні із дротовими| мережами|сітями|:
істотно|суттєвий| знизити вартість установки датчиків;
виключити необхідність профілактичного обслуговування кабелів;
виключити розгалуження|розгалуджень| кабелю;
зменшити кількість кабелів;
зменшити трудовитрати і час на монтаж і обслуговування системи;
понизити|знизити| вартість системи за рахунок виключення|винятку| кабелів;
понизити|знизити| вимоги до навчання|вчення| персоналу монтажної організації;
прискорити відладку системи і пошук несправностей;
забезпечити зручну модернізацію системи.
Оскільки реконфігурація системи і її монтаж стають набагато простішими, бездротові мережі|сіті| можна використовувати і в традиційних областях застосування|вживання| кабельних зв'язків, коли вартість кабелю і монтажу виявляється|опиняється| вищою, ніж установка бездротової системи.
Бездротові мережі|сіті| діляться на наступні|слідуючі| класи:
стільникові мережі|сіті| WWAN| (Wireless| Wide| Area| Network|);
бездротові LAN| (WLAN| — Wireless| LAN|);
бездротові мережі|сіті| датчиків.
У промисловій автоматизації найбільшого поширення набули три типи бездротових мереж|сітей|: Bluetooth| на основі стандарту IEEE| 802.15.1, ZigBee| на основі IEEE| 802.15.4 і Wi-Fi| на основі IEEE| 802.11. Фізичні рівні моделі OSI| для цих мереж|сітей| засновані на відповідних стандартах IEEE|, а протоколи верхніх рівнів розроблені і підтримуються організаціями Bluetooth|, ZigBee| і Wi-Fi| відповідно. Тому в назві мереж|сітей| зазвичай|звично| указують|вказують| посилання|заслання| на стандарт. Всі три мережі|сіті| використовують неліцензійований|ліцензувати| діапазон ISM| (Industrial|, Scientific|, and| Medical|) 2,4 Ггц.