基于B/S模式的工业异构网络的同构化研究
日期：2006-4-25 23:21:06 来源：本文摘自《PLC&FA》
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随着计算机与通信技术的发展，近十几年来多种联网技术不断涌现，并有多种网络架构共同存在。由于工业系统的复杂性，构造一个完整的工业信息监控系统需要涉及多种数据交换技术，这也是大型监控系统系统中异构网存在的必然性。由于工业环境中一般总是多种总线技术并存、多种系统、多种网络结构并存，为了更好地利用计算机网络共享信息资源及数据通信，研究各种网络间的互联技术以及网络环境下应用软件之间的数据交换技术具有重大意义。
2.1 工业信息监控网络功能层划分
一个工业监控网络，一般是采用三层网络结构，现场设备层完成现场设备的控制，自动化层利用HMI(Human Machine Interface)软件开发上位机监控程序，最上层为管理层，若要实现管理级网络监控，则将上位机联入企业网内，实现信息网络与控制网络的集成。
企业信息化与自动化的层次模型如图1所示。
图1 企业信息化与自动化的层次模型
2.2 异构网络的集成
企业网络中的异构网络的集成我们主要可以看成是处理企业管理与决策信息的信息网络和处理企业现场实时测控信息的控制网络两种网络体系的集成。信息网络一般处于企业中上层，处理大量的、变化的、多样的信息，具有高速、综合的特征。控制网络主要位于企业中下层，处理实时的、现场的信息，具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特征。这二者的集成将为企业计算机综合自动化CIPA(Computer Integrated Plant Automation)与信息化创造有利的条件，即实现网络间信息与资源的共享，建立综合实时信息库，为企业优化控制、生产调度、计划决策提供依据，其最终目标是实现管理与控制一体化的、统一的、集成的企业网络。
控制网络与信息网络集成的含义是实现网络间信息与资源的共享。从这个意义来说，控制网络与信息网络的集成技术主要有互联技术、远程通信技术、动态数据交换技术等。如图2，将信息网络与自动化层的控制网络统一组网，融为一体，然后通过路由器与设备层控制网络，如现场总线网络，进行互联，从而形成统一的企业网络，这就是实现控制网络与信息网络的无缝集成，形成一个统一的、集成的企业网络的基本策略之一。
图2 通过互联构建集成的企业网络
3 基于B/S模式同构化的思想
3.1 异构网同构化思想
异构网的同构化是指在一定层次上实现异构网的同构化，它在极大程度上简化了异构网络间通信问题的实现。我们可以把它看成是两个相对独立的层次,其一是网络级的同构,其二是应用程序接口级的同构。
异构网是指网络体系结构和网络通信协议不同的计算机网络。网络级同构的思想主要就是解决网络体系结构和网络通信协议这两方面的异构性，其实现方法就是采用TCP/IP协议。对于Ethernet与Token Ring这样低层网络技术异构的网络，TCP/IP协议抽象和屏蔽了网络硬件细节，向上提供统一的、协作的、通用的通信系统。对于Novell网或Windows NT这样高层协议异构的网络，TCP/IP已经成为既成事实的工业标准。这些网络操作系统固有的网络通信协议虽然各不相同，有IPX/SPX、NetBEUI等，但当今各主流操作系统都在其新的版本里加入了对TCP/IP协议的支持。所以，如果基于不同系统的通信程序都使用TCP/IP协议，利用TCP/IP可以屏蔽其网络上的异构细节，从而提供一个统一的通信系统。
1 引言
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随着计算机与通信技术的发展，近十几年来多种联网技术不断涌现，并有多种网络架构共同存在。由于工业系统的复杂性，构造一个完整的工业信息监控系统需要涉及多种数据交换技术，这也是大型监控系统系统中异构网存在的必然性。由于工业环境中一般总是多种总线技术并存、多种系统、多种网络结构并存，为了更好地利用计算机网络共享信息资源及数据通信，研究各种网络间的互联技术以及网络环境下应用软件之间的数据交换技术具有重大意义。
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2 工业信息网结构分析与规划
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2.1 工业信息监控网络功能层划分
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一个工业监控网络，一般是采用三层网络结构，现场设备层完成现场设备的控制，自动化层利用HMI(Human Machine Interface)软件开发上位机监控程序，最上层为管理层，若要实现管理级网络监控，则将上位机联入企业网内，实现信息网络与控制网络的集成。
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企业信息化与自动化的层次模型如图1所示。
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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图1 企业信息化与自动化的层次模型
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
其中设备层中的设备种类繁多，有传感器、启动器、驱动器、I/O部件、变送器、变换器、阀门等。设备的多样性要求设备层满足开放性要求，来自不同厂家的设备要遵循公认的标准，在功能上可以相互通信，并且可以在多厂家的环境中完成功能，实现可互操作性。自动化层实现控制系统的网络化，是连接设备层与信息化层的桥梁。对设备层，允许符合开放标准的设备方便地接入;对信息化层，允许与信息层互联、互通、互操作。信息化层已较好实现开放性策略，各类局域网满足IEEE802标准，信息网络的互联遵循TCP/IP协议，它的开放性为实现控制网络与信息网络的集成提供了有力的支持。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
2.2 异构网络的集成
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企业网络中的异构网络的集成我们主要可以看成是处理企业管理与决策信息的信息网络和处理企业现场实时测控信息的控制网络两种网络体系的集成。信息网络一般处于企业中上层，处理大量的、变化的、多样的信息，具有高速、综合的特征。控制网络主要位于企业中下层，处理实时的、现场的信息，具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特征。这二者的集成将为企业计算机综合自动化CIPA(Computer Integrated Plant Automation)与信息化创造有利的条件，即实现网络间信息与资源的共享，建立综合实时信息库，为企业优化控制、生产调度、计划决策提供依据，其最终目标是实现管理与控制一体化的、统一的、集成的企业网络。
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控制网络与信息网络集成的含义是实现网络间信息与资源的共享。从这个意义来说，控制网络与信息网络的集成技术主要有互联技术、远程通信技术、动态数据交换技术等。如图2，将信息网络与自动化层的控制网络统一组网，融为一体，然后通过路由器与设备层控制网络，如现场总线网络，进行互联，从而形成统一的企业网络，这就是实现控制网络与信息网络的无缝集成，形成一个统一的、集成的企业网络的基本策略之一。
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图2 通过互联构建集成的企业网络
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3 基于B/S模式同构化的思想
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3.1 异构网同构化思想
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异构网的同构化是指在一定层次上实现异构网的同构化，它在极大程度上简化了异构网络间通信问题的实现。我们可以把它看成是两个相对独立的层次,其一是网络级的同构,其二是应用程序接口级的同构。
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异构网是指网络体系结构和网络通信协议不同的计算机网络。网络级同构的思想主要就是解决网络体系结构和网络通信协议这两方面的异构性，其实现方法就是采用TCP/IP协议。对于Ethernet与Token Ring这样低层网络技术异构的网络，TCP/IP协议抽象和屏蔽了网络硬件细节，向上提供统一的、协作的、通用的通信系统。对于Novell网或Windows NT这样高层协议异构的网络，TCP/IP已经成为既成事实的工业标准。这些网络操作系统固有的网络通信协议虽然各不相同，有IPX/SPX、NetBEUI等，但当今各主流操作系统都在其新的版本里加入了对TCP/IP协议的支持。所以，如果基于不同系统的通信程序都使用TCP/IP协议，利用TCP/IP可以屏蔽其网络上的异构细节，从而提供一个统一的通信系统。
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