Управление доступом к среде (подуровень MAC)
Локальные сети обычно являются равноранговыми, то есть статус всех узлов одинаковый, они имеют равные права на доступ в сеть. С другой стороны, только один узел может передавать данные в сеть в любой конкретный момент времени. Необходим механизм для контроля за доступом к шине (среде), который и реализуется на подуровне MAC.
Метод доступа CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) — метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий.
Если то или иное устройство готово к передаче данных в сеть, оно выдает на шину запрос для проверки того, не передаются ли уже по сети какие-либо данные. Если сеть занята, контроллер ожидает в течение некоторого произвольного интервала времени, прежде чем выполнить еще одну попытку передать данные. Если линия сети все еще занята, контроллер будет ожидать несколько дольше до следующей попытки. Поскольку каждый контроллер в сети ожидает в течение произвольного, случайно выбранного интервала времени, вероятность того, что все устройства примут с шины предназначенные для них сообщения, возрастает.
Для того чтобы исключить столкновения, контроллер, передавая данные, непрерывно контролирует состояние шины. Если контроллер обнаруживает, что на шине уже имеются данные, передаваемые не им, он приходит к заключению, что столкновение, скорее всего, уже произошло, и приостанавливает передачу. Поскольку и тот контроллер, который передал данные, вызвавшие столкновение, постоянно запрашивает шину, он тоже прекращает передачу. Оба контроллера после этого ожидают и течение произвольного интервала времени, прежде чем попытаться снова передать весь блок данных. Выбранная в случайном порядке длительность периода ожидания повышает вероятность того, что оба контроллера смогут передать данные через сеть без повторного столкновения. Если оно все же происходит, средняя длительность периода ожидания увеличивается.
|
|
|
Метод доступа CSMA/CD-A отличается от CSMA/CD наличием арбитража при коллизиях, что используется в CAN, VAN, VNP и в других автомобильных шинных протоколах.
Каждый пакет данных, передаваемый посети, снабжается приоритетом. Если несколько узлов одновременно пытаются вести передачу данных, узлы, передающие данные с более низкими приоритетами, обнаружат коллизию и прекратят передачу. Узел, данные с которого имеют наивысший приоритет, продолжит передачу.
Пропускная способность сети с побитным арбитражем при коллизиях теоретически может использоваться на 100%. На практике это недостижимо из-за задержки передачи пакетов данных с низким приоритетом.
Недостатком метода доступа CSMA/CD является прекращение передачи всех сообщений при обнаружении коллизии. Метод CSMA/CD-A позволяет продолжить без остановки передачу наиболее важной информации.
|
|
|
Реализация метода CSMA/CD-A предусматривает, что время задержки для всей линии связи составляет малую часть от времени передачи одного бита информации. Это ограничивает максимальную длину линии для заданной скорости передачи. Например, максимальная длина электрической линии для реализации CAN-протокола со скоростью передачи 1 Мбит/сек не более 40 метров.
Обмен данными в автомобильных мультиплексных системах может производиться по различным протоколам, которые сведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2
| A-BUS | CAN | Л 567 | Л 850 | J2058 | VAN | J2106 | |
| Класс SAE | В,С | В | В | А | С | ||
| Разработ-чик | VW | ISO, Bosch | Chrysler | Ford, GM, Chrysler | Chrysler | ISO | GM |
| Линия связи | Провод | Витая пара, оптическая | Витая пара | Витая пара | Провод | Витая пара | Витая пара, оптическая |
| Код | NRZ | NRZ + вставка бита | NRZ | ШИМ | NRZ I | MAN | NRZ + вставка бита |
| Доступ к среде | Недетерм | Недетерм. | Недетерм | Недетерм | Детерм | Недетерм | Недетерм |
| Скорость обмена в секунду | 500кбит | 1 Мбит | 8 кбит | 42 кбит | 1 кбит | Определяет пользова-тель | 2 Мбит |
Протокол CAN для автомобильных мультиплексных систем
|
|
|
Предварительные замечания
Протокол CAN был разработан инженерами фирмы R.Bosch GmbH для применения на автомобилях. Протокол соответствует международным стандартам ISO 11898 и ISO11519, практически используется несколькими производителями электронного оборудования. Протокол CAN признан автомобильными производителями США и Европы, используется па современных легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, сельскохозяйственном транспорте, в морском оборудовании, для автоматизации производства [14].
Протокол CAN поддерживает метод доступа CSMA/CD-A к сети с равноранговыми узлами. Пакет данных имеет размер не более 8 байт и передается по последовательной шине. 15-битовый циклический контроль избыточности обеспечивает высокий уровень целостности данных.
Используемый в настоящее время протокол CAN версии v2.0 состоит из двух частей: версия v2.0A со стандартным форматом кадра и v2.0B с расширенным форматом кадра. Версия v2.0A идентична предыдущей версии v1.2 и использует 11-битовое поле идентификатора. В версии v2.0B ноле идентификатора — 29 бит. Расширенный формат кадра необходим для совместимости с существующим коммуникационным протоколом J1850. Функции протокола CAN реализуются в микропроцессоре со встроенным контроллером CAN. Первыми па рынке появились контроллеры CAN с внешними драйверами для шины. В настоящее время производятся несколько типов CAN-контроллеров, которые можно разделить на три группы в зависимости от поддержки ими расширенного формата кадра:
|
|
|
•контроллеры v2.0A. Поддерживают только стандартный формат, не могут работать в сети, где передаются и кадры расширенного формата;
• контроллеры v2.0B, пассивные. Поддерживают только стандартный формат, но могут работать в сети, где передаются и кадры расширенного формата;
•контроллеры v2.0B, активные. Поддерживают операции с кадрами стандартного и расширенного форматов.
Контроллеры CAN классифицируются также как полные или базовые в зависимости от организации буферизации данных.
Полный CAN-контроллер имеет некоторое количество (обычно 14) специализированных буферов для временного хранения сообщений. При инициализации CAN-контроллера можно сконфигурировать его, указав, какой кадр будет поступать в какой буфер.
Архитектура протокола CAN
В стандартах Международной организации стандартизации для протоколов CAN ISO 11898 (высокая скорость обмена) и ISO 11519 (низкая скорость обмена) регламентируется уровневая структура в соответствии со стандартами LAN (локальные сети) ISO8802-2 и 8802-3. Протокол CAN относится к двум нижним уровням модели ВОС, как показано на рис. 5.1.
Рисунок 5.1 – Уровневая архитектура CAN
На физическом уровне определяются электрические характеристики соединителей, шинных адаптеров, двоичное кодирование, синхронизация. Физический уровень разделен на три подуровня:
•MDI (medium dependent interface) — подуровень интерфейса, зависимого от физического носителя (передающая среда);
• РМА (physical medium attachment) — подуровень подсоединения к физической среде;
• PLS (physical signaling) — сигналы на физическом уровне.
На канальном уровне определяется формат кадра, обнаружение и передача ошибок во время трансляции, автоматическая ретрансляция данных, фильтрация. Канатьный уровень разделен на два подуровня:
• MAC (medium access control) — управление доступом к среде;
•LLC (logic link control) — управление логическим каналом. Физический уровень контролируется функцией супервизора «контроль шины», например, выявляются короткие замыкания или обрывы на линии.
Канальный уровень контролируется функцией супервизора «ограничение распространения последствий неисправности», например, различаются кратковременные сбои и долговременные неисправности.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 388; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!