工业实时TCP-IP协议栈的研究与开发

２００５年７月第１２卷第４期

控制工程

ＣｏｎｔｍｌＥｎ舀ｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｈｉｎａ

Ｊｕｌ．２００５

ｖ０１．１２．№．４

文章编号：１６７１．７８４８（２００５）０４．０３８９．０４

工业实时ＴＣＰ／ＩＰ协议栈的研究与开发

韦安，刘国平

（中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室，北京１０００８０）

摘要：指出了通用ＴＣＰ／口协议用于工业控制存在的不足，通过对标准ｒＩ℃Ｐ／口协议栈的

简化，并加入自行开发的协议，开发了Ｎ玎℃ＯＮ．Ｔ凹工业以太网控制协议，较好地解决了

Ｔ℃Ｐ／Ｐ应用于实际控制中所存在的主要问题，详细描述了协议栈开发的细节。最后对比了

ＮＥＩ℃０Ｎ．ｒＩ℃Ｐ和ｕＮｕＸ．ＴＣＰ的实时性，验证了Ｎ圈℃０Ｎ．ｒＩ℃Ｐ协议具有实时性好、体积小、可靠

性较高的优点。

关键词：ｒＩ℃Ｐ／口；ＮＩⅡ℃０Ｎ．ｒＩ℃Ｐ；工业以太网

中图分类号：１Ｐ３１１文献标识码：Ａ

ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＲｅａｌ－ｔｉｍｅＴＣＰ／ＩＰＰｒｏｔｏｃｏｌＳｔａｃｋ

ＷＥＩＡｎ，ＵＵＱ她ｐ讧唱

（强ｅＫｅｙＩＪａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣ０ｌＩ】ｐｌ口Ｓｙｓｔ∞ｓａｎｄＩｎｂｅⅡｉｇｅｎｃｅＳｃｉ∞ｃｅｓ，

Ｉｎ鲥ｍｔｅｏｆＡｕｔｏｒｎａ￡ｉｏｎＣｈｎｅ∞’ＡｃａｄｅｎｌｙｏｆＳｃｉ衄ｃｅｓ，Ｂｅ巧ｉ１１９ｌ删，ＣｈｉＩＩａ）

甜ｓ嗽ｌｃｔ：１１ｌｅｄ幽ｔｓｏｆｃ０姗ｏｎＴＣＰ，口ｐｆｏｔｏｃｏｌｕ８ｅｄｉｎｉｎｄｕｓⅡｙｃｏｒ加１ａｒｅ耐ＩＩ埘ｏｕｔ．Ｂｙｓｉｎ删颐ＩｌｇｒＩ℃Ｐ，Ｐｓｔａｃｋａｎｄａｄ出Ｉｌｇｉｎｓｅｍ蚴ｎｅｄ

ｐｍｌＤｃ０１，ａ

ｉＩｌｄｌｌ嘶ａｌｍ咖ｅｔｃ呲Ｄｌｐｍｔｏｃ０１ｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．‰ｄｅｖｅｌｏｐｉｌｌｇｏｆｄｌｅＮＥＩ℃ｏＮ－ＴｃＰｉｓｄｅｓｅＩｉｂｅｄｉｎｄｅ啪．Ａｔ出ｅｅｎｄ，ｂｙｃｏｍ】洳唱岫蒯ｔｉＩＩｌｅｏｆ

Ｎ￡ｒＣｏＮ?咖埘ｔ｝ｌｕＮｕｘ－代Ｐ，血ｅｍｅ幽ｏｆ｜ｌｉ出ｒｅａｌｔｉＩＩｌｅ，１ｉｍｅ妇ａＩｌｄｌｌｉ出础出ｂｔｙｏｆＮＥＴ℃ｏＮ一咖

ａｒｅｖｅｒｉ６ｅｄ．

酗，ｗｏｒｄｓ：７Ｉ℃Ｐ／ｍ；ＮＥ】［’ＣＯＮ－ＴＣＰ；ｉｎｄＩｌｓｔｒｉａｌｅｔｌｌｅｍｅｔ

１引言

工业以太网技术是普通以太网技术在控制网络延伸的产物。以太网技术的发展，特别是在Ｉｎｔｅｒ—ｎｅｔ中的广泛应用，使得它的技术更为成熟。无论从技术上还是产品价格上，以太网较其它的网络技术都有明显的优势。现在人们俗称的以太网技术及其工业以太网技术，不仅包括了物理层与数据链路层的以太网规范，而且包含了，Ｉ℃Ｐ／ＩＰ协议。据统计网络通信的９５％是通过ＴＣＰ／ＩＰ协议进行的【ｌＪ。因此要真正实现和控制网络的无缝连接，实现“Ｅ网到底”的目标，就要研究ＴＣＰ／ＩＰ协议用于工业控制当中的许多问题。当前ｒＩ℃Ｐ／ＩＰ用于工业控制存在的主要问题有：

实际性不足。工业数据的通信大多对时间有严格的要求，不能满足系统对实时性的要求，可能导致严重的后果。实时性是工业控制网络不同于普通网络的最大特点。在控制网络中信息的响应时间要求为ｏ．０１。０．５０ｓ，而普通局域网中信息的响应时间为２。６ｓ，即控制层网络的实时性要求比普通网络高得多【２］。影响实时通信的因素当中，除了物理链路本身的问题（介质、拓扑、媒体访问机制）外，建立在数据链路层之上的他Ｐ／ＩＰ协议是一个重要的因素。ＴＣＰ通信机制是为了保证端到端的可靠数据通信而设计的，有复杂的机制来保证数据通信的可靠性，比如窗口机制、重传机制等。采取了这些机制一方面使得通信的可靠性得到了加强，但另一方面却导致通信的实时陛严重的不足，从而不能够满足许多控制应用中对数据传输的时间要求。因此如何设计传输层的协议，使得实时陛和可靠性都能够得到满足是很重要的一个问题。

体积庞大。所谓体积庞大指的是通用的，Ｉ℃Ｐ／口协议栈要消耗相当的内存空间。比如在ＩＩＮｌⅨ操作系统中，包含一个完整的Ｔ℃Ｐ／Ｐ协议栈的代码

收稿日期：２００５—０２．２８；收修定稿日期：２０Ｑ５—０５．１０

作者简介：韦安（１ｓｒ７５．），男，陕西宝鸡人，博士研究生，主要研究方向为工业以太网协议，网络化控制，操作系统等。　万方数据