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1、工业数据通信的工业数据通信的相关名词术语相关名词术语清华大学自动化系清华大学自动化系62783125-252阳宪惠阳宪惠 总线与总线操作总线与总线操作 总线总线总线总线 (bus)(bus)(bus)(bus)信号的公用传输线信号的公用传输线信号的公用传输线信号的公用传输线现场总线现场总线现场总线现场总线(filed bus)(filed bus)(filed bus)(filed bus)用于连接多个现场测量控制设备、在各现场设备之间用于连接多个现场测量控制设备、在各现场设备之间用于连接多个现场测量控制设备、在各现场设备之间用于连接多个现场测量控制设备、在各现场设备之间传递信号的共享传输介质
2、传递信号的共享传输介质传递信号的共享传输介质传递信号的共享传输介质总线段（总线段（总线段（总线段（bus segmentbus segmentbus segmentbus segment）指总线和通过总线连接在一起的多个设备的组合，也指总线和通过总线连接在一起的多个设备的组合，也被称为现场总线系统的一个网段被称为现场总线系统的一个网段同一总线段上设备的连接与操作方式遵循同一种协议同一总线段上设备的连接与操作方式遵循同一种协议规范规范多个总线段可连接成现场总线网络系统多个总线段可连接成现场总线网络系统干线（干线（干线（干线（trunktrunktrunktrunk）为其他分支线路提供信号的通信主
3、通道为其他分支线路提供信号的通信主通道分支（分支（分支（分支（spurspurspurspur）从从从从干线连接到某些终端设备的支线电路。干线连接到某些终端设备的支线电路。总线与总线操作总线与总线操作 总线操作总线操作总线操作总线操作(bus operation)(bus operation)(bus operation)(bus operation)总线上数据发送者与接收者之间从连接总线上数据发送者与接收者之间从连接数据传送数据传送脱开这一操作序列称为一次总线操作脱开这一操作序列称为一次总线操作连接（连接（连接（连接（connectconnectconnectconnect）指在相同或不同设
4、备内，通信对象之间的逻辑绑定指在相同或不同设备内，通信对象之间的逻辑绑定（bindingbinding）脱开脱开脱开脱开(disconnect)(disconnect)(disconnect)(disconnect)指完成一次或多次总线操作后，发送者与接收者之间指完成一次或多次总线操作后，发送者与接收者之间断开连接关系，放弃对总线占有权的过程断开连接关系，放弃对总线占有权的过程数据传送数据传送数据传送数据传送(data transmission)(data transmission)(data transmission)(data transmission)通信连接及随后的报文发送与接收过程通
5、信连接及随后的报文发送与接收过程指跨越总线的数据读写操作过程指跨越总线的数据读写操作过程总线与总线操作总线与总线操作 冲突冲突冲突冲突(Contention)(Contention)(Contention)(Contention)总线是多个设备之间信号传输的公共路径总线是多个设备之间信号传输的公共路径,当有一个以上设备当有一个以上设备企图同时占用总线时引发的矛盾，被称为冲突企图同时占用总线时引发的矛盾，被称为冲突 总线仲裁总线仲裁总线仲裁总线仲裁 (bus arbitration)(bus arbitration)(bus arbitration)(bus arbitration)总线仲裁指对
6、总线冲突的处理过程，某一时刻只允许一个设备占用总总线仲裁指对总线冲突的处理过程，某一时刻只允许一个设备占用总线，等到它完成总线操作，释放总线占有权后，才允许其他设备占线，等到它完成总线操作，释放总线占有权后，才允许其他设备占用总线。用总线。总线仲裁用于根据某种规则确定下一个时刻具有总线占有权的设备总线仲裁用于根据某种规则确定下一个时刻具有总线占有权的设备总线仲裁有总线仲裁有集中仲裁集中仲裁与与分布式仲裁分布式仲裁两种两种总线与总线操作总线与总线操作 集中仲裁集中仲裁集中仲裁集中仲裁(centralized arbitration)(centralized arbitration)(centra
7、lized arbitration)(centralized arbitration)仲裁过程由某个特定的单元完成。如果有两个以上主设备同时请求仲裁过程由某个特定的单元完成。如果有两个以上主设备同时请求使用总线时，由该特定的仲裁单元根据规定的仲裁方案实行仲裁。使用总线时，由该特定的仲裁单元根据规定的仲裁方案实行仲裁。分布式仲裁分布式仲裁分布式仲裁分布式仲裁(distributed arbitration)(distributed arbitration)(distributed arbitration)(distributed arbitration)仲裁过程在各个主设备中自主完成仲裁过程在各
8、个主设备中自主完成按各主设备的优先级实现仲裁，如遇多个设备同时请求使用总线，按各主设备的优先级实现仲裁，如遇多个设备同时请求使用总线，待仲裁结束时，有最高优先级代码的设备取得总线访问权待仲裁结束时，有最高优先级代码的设备取得总线访问权按网络地址轮流占用总线，仲裁周期传递的仲裁代码与某设备的地按网络地址轮流占用总线，仲裁周期传递的仲裁代码与某设备的地址相同，表明该设备在下一时刻获得总线访问权址相同，表明该设备在下一时刻获得总线访问权总线与总线操作总线与总线操作 访问等待时间访问等待时间访问等待时间访问等待时间(Access latency)(Access latency)(Access late
9、ncy)(Access latency)总线设备为获得总线占有权而等待仲裁的时间叫做总线设备为获得总线占有权而等待仲裁的时间叫做访问等待时间访问等待时间总线持有时间总线持有时间总线持有时间总线持有时间(bus holding time)(bus holding time)(bus holding time)(bus holding time)从获得总线占有权到主设备脱开总线的时间间隔称为总线持有时间、或总线占有期 总线与总线操作总线与总线操作 通信设备通信设备 发送器（发送器（发送器（发送器（transmittertransmittertransmittertransmitter）通信过程中将
10、信号传送到传输介质（总线）上的电器通信过程中将信号传送到传输介质（总线）上的电器部件，称之为发送器部件，称之为发送器接收器接收器接收器接收器(receiver)(receiver)(receiver)(receiver)通信过程中从传输介质（总线）上接收信号的电器部通信过程中从传输介质（总线）上接收信号的电器部件，称之为接收器件，称之为接收器收发器收发器收发器收发器(transceiver)(transceiver)(transceiver)(transceiver)将接收器、发送器组合在一起，借助公用的电器部件将接收器、发送器组合在一起，借助公用的电器部件发送和接收信号的装置，称之为收发器发
11、送和接收信号的装置，称之为收发器现场总线系统中的网络节点一般均作为收发器现场总线系统中的网络节点一般均作为收发器数据通信设备数据通信设备数据通信设备数据通信设备DCEDCEDCEDCE（Data Communication Equipment)Data Communication Equipment)Data Communication Equipment)Data Communication Equipment)将数据转换为对应的通信信号并发送到传输介质上的将数据转换为对应的通信信号并发送到传输介质上的电路设备，以及把从传输介质上接收到的通信信号转电路设备，以及把从传输介质上接收到的通信信号
12、转换为数据的电路设备。换为数据的电路设备。调制解调器、电缆驱动器、多路复用输出器等属于数调制解调器、电缆驱动器、多路复用输出器等属于数据通信设备据通信设备数据终端设备数据终端设备数据终端设备数据终端设备DTEDTEDTEDTE(Data(Data(Data(Data Terminal Equipment)Terminal Equipment)Terminal Equipment)Terminal Equipment)产生数据的数据源设备或数据用户设备产生数据的数据源设备或数据用户设备DTE一般与通信信号的调制、编码无关，也不直接连一般与通信信号的调制、编码无关，也不直接连接在传输介质上接在传输
13、介质上。通信设备通信设备 现场设备现场设备现场设备现场设备 (FieldbusFieldbusFieldbusFieldbus device)device)device)device)泛指连接在现场总线上的通信实体与控制设备泛指连接在现场总线上的通信实体与控制设备既具备某种测量控制功能（既具备某种测量控制功能（DTEDTE），也具有数据通信的能力（），也具有数据通信的能力（DCEDCE）总线主设备总线主设备总线主设备总线主设备(bus master)(bus master)(bus master)(bus master)有能力掌管总线通信权的设备叫做总线主设备有能力掌管总线通信权的设备叫做总线
14、主设备在一条总线段上可连接多个主设备在一条总线段上可连接多个主设备某一时刻，一条总线段上只能有一个主设备执行其主设备的功能某一时刻，一条总线段上只能有一个主设备执行其主设备的功能 总线从设备总线从设备总线从设备总线从设备(bus slaver)(bus slaver)(bus slaver)(bus slaver)没有能力对总线主动发起通信，只能接收总线信号、对查询作出相没有能力对总线主动发起通信，只能接收总线信号、对查询作出相应响应的设备称为总线从设备。应响应的设备称为总线从设备。从设备也被称之为基本设备从设备也被称之为基本设备通信设备通信设备 终端器（终端器（终端器（终端器（termina
15、torterminatorterminatorterminator）网段线缆两端连接在一对导线终点、用以防止信号发生反射的电子器件。不同类型现场总线终端器的结构和参数有别。有的终端器只是一个电阻，有的终端器是电阻电容组合电路中继器中继器中继器中继器(repeater)(repeater)(repeater)(repeater)将输入端口接收到的通信信号在整形放大后转发到输出端口下游的有源设备。中继器可增加总线的传输距离和挂接节点的数量通信设备通信设备 报文与协议报文与协议报文（报文（messagemessage）泛指通信过程中传送的信息，包括文本、命令、泛指通信过程中传送的信息，包括文本、命令
16、、参数值、图片、声音等参数值、图片、声音等报文属于通信系统的软件报文属于通信系统的软件现场总线系统的报文信息包括测控参数值、操现场总线系统的报文信息包括测控参数值、操作指令等作指令等协议协议协议协议(protocol)(protocol)(protocol)(protocol)指一套事先约定好的、共同遵守的规约指一套事先约定好的、共同遵守的规约通信协议（通信协议（通信协议（通信协议（Communication ProtocolCommunication ProtocolCommunication ProtocolCommunication Protocol）规定通信报文内容、格式、次序，通信何
17、时进行以及通信如何进行规定通信报文内容、格式、次序，通信何时进行以及通信如何进行等内容的一组规则。等内容的一组规则。参与通信的各方需要根据通信协议控制数据通信过程，理解通信报参与通信的各方需要根据通信协议控制数据通信过程，理解通信报文中数据的含义文中数据的含义总线协议总线协议总线协议总线协议(Bus Protocol)(Bus Protocol)(Bus Protocol)(Bus Protocol)总线上的现场设备如何使用总线的一整套规则总线上的现场设备如何使用总线的一整套规则是一套事先规定的、必须共同遵守的规约是一套事先规定的、必须共同遵守的规约 报文与协议报文与协议 语法语法(synta
18、x)(syntax)通信数据的结构、格式及次序。如一个简单的协议可以通信数据的结构、格式及次序。如一个简单的协议可以定义数据的前面定义数据的前面8 8位（或位（或1616位）是发送者地址即源地址位）是发送者地址即源地址的二进制码，接着的的二进制码，接着的8 8位（或位（或1616位）是接收者地址即目位）是接收者地址即目的地址的二进制码，后面紧跟着的是要传送的指令或数的地址的二进制码，后面紧跟着的是要传送的指令或数据等据等语义语义(semantemesemanteme)指通信数据位流中每个部分的含义，收发双方正是根据指通信数据位流中每个部分的含义，收发双方正是根据语义来理解所通信数据的意义。如该
19、数据表明了现场某语义来理解所通信数据的意义。如该数据表明了现场某点的温度测量值，该点温度是否处于异常状态，该温度点的温度测量值，该点温度是否处于异常状态，该温度测量仪表本身的工作状态是否正常等测量仪表本身的工作状态是否正常等报文与协议报文与协议时序安排时序安排时序安排时序安排(scheduling)(scheduling)(scheduling)(scheduling)时序安排包括：各节点数据发送时间的先后次序时序安排包括：各节点数据发送时间的先后次序;发发送数据时占用通道的时间；数据的传输速率送数据时占用通道的时间；数据的传输速率收发双方往往需要以某种方式校对时钟，并协调数据收发双方往往需要
20、以某种方式校对时钟，并协调数据处理的快慢处理的快慢由于传输迟延、路由路径等原因，可能出现数据收发由于传输迟延、路由路径等原因，可能出现数据收发次序错乱的现象。这在某些控制系统、特别是装置启次序错乱的现象。这在某些控制系统、特别是装置启停控制的过程中，不容许发生的现象停控制的过程中，不容许发生的现象 报文与协议报文与协议通信术语通信术语 位时间（位时间（位时间（位时间（bit timebit timebit timebit time）通信中传输通信中传输1 1个数据位即个数据位即1 1比特所需要的时间比特所需要的时间位时间也被称为比特时间位时间也被称为比特时间 传输速率（传输速率（传输速率（传输
21、速率（Transmission rateTransmission rateTransmission rateTransmission rate）单位时间内传送数据量的多少。传输速率是位时间单位时间内传送数据量的多少。传输速率是位时间的倒数的倒数常用单位是每秒传输数据的位数常用单位是每秒传输数据的位数,也被称为比特率。也被称为比特率。记作记作bit/sbit/s或或bpsbps工业数据通信中常用的数据传输速率为工业数据通信中常用的数据传输速率为96009600、31.25K31.25K、500K500K、1M1M、2.5M2.5M、10M10M以及以及100Mbps100Mbps等等 波特（波特
22、（波特（波特（BaudBaudBaudBaud）指信号的一个变化波形指信号的一个变化波形 波特率（波特率（波特率（波特率（Baud rateBaud rateBaud rateBaud rate）每秒传输信号波的个数称为波特率每秒传输信号波的个数称为波特率单位为波特，记作单位为波特，记作Baud Baud 或或B B 串行传输（串行传输（串行传输（串行传输（Serial TransmissionSerial TransmissionSerial TransmissionSerial Transmission）数据流逐位依次地在一条线路上传输数据流逐位依次地在一条线路上传输,每次只能发送一个数据
23、位每次只能发送一个数据位收发双方必须事先确定数据字节是先发送的高位还是低位。收发双方必须事先确定数据字节是先发送的高位还是低位。串行传输适合远距离的数据通信串行传输适合远距离的数据通信,需要收发双方采取某种同步措需要收发双方采取某种同步措施施 并行传输（并行传输（并行传输（并行传输（Parallel TransmissionParallel TransmissionParallel TransmissionParallel Transmission）数据以成组方式在两条以上的并行通道上同时传输。例如采用8条导线并行传输一个字节的条导线并行传输一个字节的8个数据位，另用一条个数据位，另用一条“选
24、通选通”线通线通知接收者接收该数据知接收者接收该数据接收方可对并行通道上各条导线的数据位信号并行取样。不需接收方可对并行通道上各条导线的数据位信号并行取样。不需要采取特别措施就可实现收发双方的字符同步要采取特别措施就可实现收发双方的字符同步通信术语通信术语同步同步同步同步(synchronous)(synchronous)(synchronous)(synchronous)同步是串行数据通信中收发双方对时钟周期采取的一同步是串行数据通信中收发双方对时钟周期采取的一致性措施，是保证数据通信正确进行的重要措施。致性措施，是保证数据通信正确进行的重要措施。位同步位同步位同步位同步(bit synch
25、ronous)(bit synchronous)(bit synchronous)(bit synchronous)收发双方在每个数据位保持时钟周期的一致即同步。收发双方在每个数据位保持时钟周期的一致即同步。位同步要求接收端与发送端定时信号的频率相同，并位同步要求接收端与发送端定时信号的频率相同，并使数据信号与定时信号间保持固定的相位关系。使数据信号与定时信号间保持固定的相位关系。接收端可以从接收信号中提取位同步信号接收端可以从接收信号中提取位同步信号通信术语通信术语字符同步字符同步字符同步字符同步(Character or word synchronous)(Character or wor
26、d synchronous)(Character or word synchronous)(Character or word synchronous)以以以以字符作为一个独立整体组织成组，在每组字符之前字符作为一个独立整体组织成组，在每组字符之前加上一个或多个同步字符的传送方式。加上一个或多个同步字符的传送方式。传输开始时用同步字符使收发双方进入同步。接收端传输开始时用同步字符使收发双方进入同步。接收端接收到同步字符，并根据它来确定字符的起始位置。接收到同步字符，并根据它来确定字符的起始位置。计算机与其外设间的通信中通常采用字符同步计算机与其外设间的通信中通常采用字符同步帧同步帧同步帧同步帧
27、同步(Frame synchronous)(Frame synchronous)(Frame synchronous)(Frame synchronous)收发双方以数据帧的起始标志和帧尾结束标志为特征收发双方以数据帧的起始标志和帧尾结束标志为特征实行同步的工作方式实行同步的工作方式将数据帧作为一个整体，实行起止同步将数据帧作为一个整体，实行起止同步帧同步是现场总线系统通信中主要采用的同步方式帧同步是现场总线系统通信中主要采用的同步方式通信术语通信术语 单工通信单工通信单工通信单工通信数据信息的传送只能沿着一个方向数据信息的传送只能沿着一个方向如数据只能从如数据只能从A A传送至传送至B B，
28、而不能由，而不能由B B传送至传送至A AA A为发送器，为发送器，B B为接收器为接收器 全双工通信全双工通信全双工通信全双工通信通信系统既能将数据由通信系统既能将数据由A A传送到传送到B B，同时也能将数据由，同时也能将数据由B B传送到传送到A A的通信过程。每个通信节点既具有发送器也具有接收器的通信过程。每个通信节点既具有发送器也具有接收器计算机之间的通信通常为计算机之间的通信通常为全双工通信全双工通信全双工通信全双工通信 半双工通信半双工通信半双工通信半双工通信数据可在两个方向上传输，即可从数据可在两个方向上传输，即可从A A传至传至B B，或从，或从B B传至传至A A，但同，但
29、同一时刻只能限于一个方向。一时刻只能限于一个方向。通信双方都具有发送器和接收器，可实现通信角色转换。通信双方都具有发送器和接收器，可实现通信角色转换。现场总线系统的数据通信中一般采用半双工通信现场总线系统的数据通信中一般采用半双工通信通信术语通信术语基带（基带（base bandbase band）传输）传输不采用任何频率变换的调制措施，基本不改不采用任何频率变换的调制措施，基本不改变数据位流信号本身频率的传输方式变数据位流信号本身频率的传输方式基带指数据本身变化所具有的频带基带指数据本身变化所具有的频带基带传输是目前广泛应用的最基本的数据传基带传输是目前广泛应用的最基本的数据传输方式。大部分
30、计算机机局域网，包括控制输方式。大部分计算机机局域网，包括控制局域网，都采用基带传输方式局域网，都采用基带传输方式。通信术语通信术语 载波传输载波传输载波传输载波传输发送设备要产生某个频率的信号作为基波来承载数据信号发送设备要产生某个频率的信号作为基波来承载数据信号,这这个基波被称为载波，基波频率就称为载波频率个基波被称为载波，基波频率就称为载波频率依照数据内容改变载波信号的幅值、频率、相位，形成调制信依照数据内容改变载波信号的幅值、频率、相位，形成调制信号号载波信号加载数据后形成的调制信号的传输过程称为载波传输载波信号加载数据后形成的调制信号的传输过程称为载波传输 宽带传输宽带传输宽带传输宽
31、带传输传输介质被划分为多条基带信道，可提供多条通信链路的传输传输介质被划分为多条基带信道，可提供多条通信链路的传输方式方式适合传输语音、图象等多种信号适合传输语音、图象等多种信号通信术语通信术语传输时间（传输时间（传输时间（传输时间（Transmission timeTransmission timeTransmission timeTransmission time）指数据从链路或网段的发送端传送到接收端所需要的时指数据从链路或网段的发送端传送到接收端所需要的时间，也被称为传输迟延间，也被称为传输迟延包括：包括：把数据从节点送上传输介质所用的发送时间，发送时间等于数把数据从节点送上传输介质所
32、用的发送时间，发送时间等于数据块长度与数据传输速率之比据块长度与数据传输速率之比信号通过一定长度的介质所需要的传播时间，传播时间等于信信号通过一定长度的介质所需要的传播时间，传播时间等于信号途经的信道长度与电磁波的传输速率之比号途经的信道长度与电磁波的传输速率之比途经路由器交换机一类的网络设备时所需要的排队转发时间，途经路由器交换机一类的网络设备时所需要的排队转发时间，转发时间则取决于网络设备的数据处理能力和转发时的排队等转发时间则取决于网络设备的数据处理能力和转发时的排队等待状况待状况通信术语通信术语吞吐量（吞吐量（吞吐量（吞吐量（throughputthroughputthroughput
33、throughput）表示系统单位时间内收发的数据量，如数据位数、比表示系统单位时间内收发的数据量，如数据位数、比特数、字节数、或帧数特数、字节数、或帧数用于描述通信系统或网络系统的数据交互能力。是通用于描述通信系统或网络系统的数据交互能力。是通信系统有效性的指标之一信系统有效性的指标之一频带利用率频带利用率频带利用率频带利用率单位频带内所能实现的传输速度单位频带内所能实现的传输速度以每赫兹带宽所能实现的比特率为单位：以每赫兹带宽所能实现的比特率为单位：bit/bit/s.Hzs.Hz用于描述传输介质有效性。通信系统的有效性不仅看用于描述传输介质有效性。通信系统的有效性不仅看比特率，还要看其占
34、用带宽的大小，因为传输系统的比特率，还要看其占用带宽的大小，因为传输系统的带宽通常不同带宽通常不同通信术语通信术语协议效率协议效率所传数据包中的有效数据位与整个数据包长度的比所传数据包中的有效数据位与整个数据包长度的比值。一般是用百分比表示值。一般是用百分比表示是衡量通信系统软件有效性的指标之一。协议效率是衡量通信系统软件有效性的指标之一。协议效率越高，其通信有效性越好越高，其通信有效性越好不同的通信协议通常具有不同的协议效率不同的通信协议通常具有不同的协议效率。协议效率可用作对通信帧中附加量的量度协议效率可用作对通信帧中附加量的量度在通信参考模型的每个分层，都会有相应的层管理和协议在通信参考
35、模型的每个分层，都会有相应的层管理和协议控制的加码。从提高协议编码效率的角度来看，减少层次控制的加码。从提高协议编码效率的角度来看，减少层次可以提高编码效率可以提高编码效率通信术语通信术语通信效率（通信效率（通信效率（通信效率（Communication EfficiencyCommunication EfficiencyCommunication EfficiencyCommunication Efficiency）传输数据帧的时间与用于发送报文的所有时间之比。传输数据帧的时间与用于发送报文的所有时间之比。用于描述通信过程的有效性用于描述通信过程的有效性用于发送报文的所有时间包括传输时间，竞用总线或等用于发送报文的所有时间包括传输时间，竞用总线或等待令牌的排队时间。待令牌的排队时间。通信效率为通信效率为1 1，就意味着所有时间都有效地用于传输数，就意味着所有时间都有效地用于传输数据帧。通信效率为据帧。通信效率为0 0，就意味着总线被报文的碰撞、冲，就意味着总线被报文的碰撞、冲突所充斥突所充斥闲聊（闲聊（闲聊（闲聊（jabberjabberjabberjabber）指因通信设备故障，在传输介质上连续不断地传输与有指因通信设备故障，在传输介质上连续不断地传输与有用信息无关的信号。闲聊时的通信效率为用信息无关的信号。闲聊时的通信效率为0 0通信术语通信术语