基于CAN-bus和以太網的區域信息管理系統

CAN（ControllerAreaNetwork——控制器局域網）是一種由CAN控制器組成的高性能串行數據局域通信網絡，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。它最早由德國Bosch公司于1984年推出，最初用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。CAN-bus總線模型符合OSI的7層結構；CAN-bus規范已被ISO估計標準組織制定為國際標準。由于其具有多主機方式、傳輸距離遠（最遠可達10km）、傳輸速度快（最快可達1Mbps）、抗干擾能力強、應用靈活等諸多優點，所以被認為是最有發展前途的現場總線之一。目前，除了應用于汽車電子領域中，CAN-bus總線現還被廣泛應用于工業現場控制、電力通訊、小區安防、環境監控、航天航海等眾多領域中。

以太網則是當前主流的網絡信息傳輸媒體，也是TCP/IP使用最普遍的物理網絡。TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol——傳輸控制協議/網絡協議）是一個工業標準的協議集，包括IP、TCP、UDP等子協議，保證數據在網絡上的正確傳輸。TCP/IP協議為四層模型：應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。每層都有不同的功能，而且層和層之間在邏輯上是相互獨立的。由于TCP/IP是世界上最大的Internet采用的協議組，而TCP/IP底層物理網絡多數使用以太網協議，因此，“以太網+TCP/IP”成為互連網技術中應用最普遍的技術。以太網在工廠管理層、車間監控層將成為主流技術，與互連網技術結合是未來工廠網絡通訊技術基礎；但對一般工業網絡要求實時性、確定性通信場合，現場總線技術還將處于主導地位，因此在今后一段時間內多種網絡技術還會繼續并存，我們必須根據實際需要采用合適的網絡技術。

本文即介紹一種由CAN-bus網絡構建設備網，由以太網構建信息網，通過兩者的有機聯接，從而構成一個中型/大型的遠程監控/數據傳輸網絡。

一、概述

某一個設計項目，需要考慮連接大約30,000個網絡節點，并可以對每個節點實時地采樣數據、輸出控制；這些網絡節點分布在不同的區域，每個區域（直徑在1公里范圍內）最多有近百個節點。而且該網絡有一點比較重要的要求：單個區域內的網絡節點對數據的實時性具有較高的要求。

按項目的以上要求，綜合考慮設計成本、生產成本、可靠性、可維護性等多方面因素，我們考慮采用“設備網——信息網”的方式構建整個網絡。

在單個區域內，由CAN-bus網絡構建設備網，總體成本較低，滿足實時性的要求，且應用可靠，維護方便；設備網的固定節點（地址為00號）同時作為網關，將CAN-bus網絡連接至以太網，從而形成可以遍布全球的信息網，可以通過組態環境統一監控設備信息。

基于CAN-bus和以太網的區域信息管理系統的網絡連接如圖1所示。

圖例基于CAN-bus和以太網的區域信息管理系統

二、現場設備網的選擇

現場設備網組網方式有多種選擇，比如RS-485、CAN-bus、Lonworks、TCP/IP等；下面將各種方式進行比較，以考慮選擇最合適的方式。