通信原理总结精编4篇

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通信原理总结【第一篇】

关键词：华为软交换；SoftX3000；体系结构；信令路径

中图分类号：R85文献标识码：ADOI：/

文章编号：1672-0407(2011）11-012-03收稿日期：2011-09-29

本文对SoftX3000的系统结构、工作原理、单板功能、信令流程进行了全面阐述和深入分析，以期对从事软交换维护的同行有所帮助，起到抛砖引玉的作用。

一、 Softx3000系统结构

（一）硬件构成

SoftX3000硬件体系结构可分为业务处理子系统、维护管理子系统、环境监控子系统三个部分。

业务处理子系统（又称为“主机”或“前台”），是SoftX3000的核心部分，由OSTA机框和连接设备构成，主要完成业务处理、资源管理等功能。

维护管理子系统（又称为“后台”），由BAM、应急工作站、WS、iGWB和连接设备构成，主要完成操作维护、话单管理等功能。

环境监控子系统包括每个业务处理框的电源监控模块、风扇监控模块和每个机柜的配电框监控模块，主要用于保证SoftX3000正常的工作环境。

SoftX3000硬件平台由一个基本机柜和最多4个扩展机柜组成。最少配置时，为一个机柜，由BAM、IGWB和一个0号OSTA机框组成。最大配置时，为5个机柜，共有18个OSTA机框。

在实际应用中，系统的容量由OSTA机框的数量来决定，可根据需要在1到18框之间灵活配置，完全满足平滑扩容的需要。最小配置只需要一个OSTA机框，由FCCU、IFMI、CDBI和MSGI各一对单板构成。每对FCCU的处理能力是400K BHCA。最大配置时，可配置40对FCCU单板，系统的处理能力达16M BHCA。

SoftX3000的物理构成和连接关系结构如图1-1所示。

（二）逻辑结构

SoftX3000硬件逻辑结构由5个模块组成，即接口模块、系统支撑模块、信令底层处理模块、业务处理模块和操作维护模块。

接口模块提供各类物理接口以满足系统组网的需求，包括窄带接口单元E1、接口板EPII；宽带接口单元IP转发板IFMI、IFMI后插接口板BFII和时钟单元CKII。

系统支撑模块实现程序和数据的加载、设备管理和维护及板间通讯等功能，包括系统管理板SMUI、系统管理板后插接口板SIUI、热插拔控制单元HSCI等几个部分。

信令底层处理模块提供信令协议处理功能，包括FCSU的MTP2处理单元、宽带信令协议处理单元BSGI和多媒体信令处理单元MSGI板。

业务处理模块由呼叫控制单元FCCU、呼叫控制及信令处理单元FCSU和数据库单元CDBI构成。

操作维护模块由BAM、WS、iGWB计费网关、LAN Switch和应急工作站等设备构成，负责整个系统的管理、维护以及话单的处理。核心LAN Switch具有实现多框间设备互联的功能。

二、 软交换与传统交换机结构比较

传统交换机由处理机系统、交换网络、用户和中继线接口模块、信令处理模块、操作维护子系统等组成。整个交换机是一个有机的整体，各模块之间用复杂的、结构各异的内部总线连接，模块之间使用内部协议通信。交换机使用复杂的专用操作系统，除了具备呼叫处理功能，还要有强大的自维护功能。整个交换机是一个复杂的多处理机系统。

软交换是以承载网为核心，基于TCP/IP协议通信的分布式交换机。它把一个结构复杂的交换机分解为多个功能独立的部件，部件间以TCP/IP协议通信，简化了设备结构，是一个部件化的通信网络。软交换的基本功能是处理信令协议，强调的是部件间的标准化通信。

软交换的各个部件（如SoftX3000和UMG8900）可以部署在不同的机房或者不同的城市，只要IP网络是通达的。理论上，SoftX3000的两个OSTA机框都可以部署在两地，而不影响软交换的功能。SoftX3000以OSTA机框为基本的管理和运行单元，机框之间用网线连接，以TCP/IP协议通信。只要用PING命令就可检测出机框之间的通信是否正常。SG、SHLR、MRS、UMG等部件的连线也很简单。而传统交换机的机架之间连线很复杂，机架内部的机框之间连线则更复杂。

SoftX3000的所有单板中，除了接口板和ALUI、CKII等硬性单板外，所有的业务单板都配置IP地址，单板之间通过以太网总线进行TCP/IP通信。因此，完全可以用一台功能和性能相同的计算机或服务器代替一块单板、一个OSTA机框、甚至SoftX3000来完成等效的功能。软交换的各部件和SoftX3000各单板之间的通信相当于一个协同工作的计算机网络，每个部件或单板都可以视为一台计算机。事实上，软交换就是在INTERNET的VOIP基础上发展起来的。

三、 SoftX3000内部通信

（一）OSTA机框总线

SoftX3000由一个或多个OSTA机框组成，OSTA机框之间用LAN Switch互连，以TCP/IP协议通信。每个OSTA机框包括了共享资源总线、以太网总线、总线和串口总线四种类型的系统总线，从而实现了单板通信、程序和数据加载、告警上报等SoftX3000的所有功能。如图3-1所示。

共享资源总线的速率是2G bit/s，每个OSTA机框有2条。共享资源总线是SMUI板用于对本框所有可加载单板（IFMI/BSGI/FCCU/FCSU/CDBI/MRCA/MSGI）进行加载、管理和维护的总线。

以太网总线是OSTA机框中的MRCA、FCSU、FCCU、BSGI、MSGI、IFMI、SMUI、CDBI单板之间的业务通信通道，也是与其他OSTA机框之间的业务通信通道。每个机框有2条以太网总线。

总线提供4096时隙的交换能力。总线主要用作框内基准时钟的传输通道，以及完成FCSU主、备板业务倒换的功能。每个机框包括一条总线。

串口总线是SMUI用于对业务处理框内不挂在共享资源总线上的单板进行管理，此类单板包括CKII、EPII、ALUI。串口总线波特率为/s。

四种总线中，仅以太网总线用于业务、信令数据的传送，其他三种总线用于管理、维护、加载、告警上报和计费数据传送等功能。

（二）单板间通信

每块可加载的单板都分配一个模块号。不同类型的单板，其模块号范围不同，如SMUI单板从2-21，FCCU单板从22-101。BAM的模块号固定为0，IGWB的模块号固定为1。每个模块都被分配两个平面的IP地址模块号、模块号。比如，模块号为22的FCCU的IP地址为和，BAM的IP地址为和。配置两个网段是为了增加通信的可靠性。单板的IP地址由SMUI根据单板的模块号设定，单板的MAC地址也由SMUI设定，如的MAC地址为00e0fc:002016。备用侧单板没有IP地址。两机框的单板通信路径为：单板AHSCI板LAN SwitchHSCI板单板B。

各单板间的通信状态，可以用DSP COMM命令进行查询。如命令“DSP COMM: FN=2， SN=6， COMT=CPCI”。

四、SoftX3000的信令处理过程

（一）信令功能

SoftX3000的功能，就是处理各种信令协议。有软交换互通协议SIP、，媒体控制协议、MGCP，以及用SIGTRAN承载的传统信令ISUP、INAP、DSS1、V5等。

SoftX3000的硬件单板类型较少，其中业务单板有IFMI、FCCU/FCSU、CDBI、MSGI、MSGI、MCRA，其余的单板都是为了完成维护管理、加载、告警、接口、时钟、供电和环境监视等辅助功能。

IFMI单板完成一级IP包转发和负荷分担功能，将不同的协议信令转发给MSGI和MSGI单板处理；BSGI和MSGI完成二级信令处理和并分发给FCCU单板；CDBI存储配置数据，用于信令转发时的单板定位； FCCU完成呼叫处理功能，包括呼叫号码和路由分析、计费、信令处理等功能；MCRA是内语音板，独立完成放音功能。

SoftX3000单板协议栈如图4-1所示。

图4-1 SoftX3000单板协议栈

（二）信令处理路径

SoftX3000配置一对或多对IFMI板，每对IFMI配置一个IP地址，代表SoftX3000对外发送和接收信令。接收信令路径为上行路径，为BPII―>IFMI―>BSGI/MSGI―>FCCU/FCSU，发送信令路径为下行路径，为FCCU/FCSU―>BSGI/MSGI―>IFMI―>BPII。

承载的ISUP信令上行路径

（1）IFMI板处理MAC消息后，根据IP协议类型、本地IP地址、本地SCTP端口号、对端IP地址、对端SCTP端口号，通过以太网总线将消息分发到指定的BSGI进行处理。

（2）BSGI进行IP、SCTP和M3UA消息处理后，根据NI、OPC、DPC、CIC分发到负责处理该CIC的FCCU/FCSU板。

承载的ISUP信令下行路径

（1）FCCU/FCSU根据处理M3UA链路的BSGI模块号，通过以太网总线将消息发送到BSGI板进行处理。

（2）BSGI进行M3UA、SCTP消息处理后，根据IP报文的源IP地址确定IFMI板，并通过以太网总线将对应的消息包分发到指定的IFMI板进行处理。

/MGCP信令上行路径

（1）IFMI板处理MAC消息后，根据BSGI功能配置和负荷分担的原则，通过以太网总线将消息分发到BSGI进行处理。

（2）BSGI按不同的消息类型，或者根据Transaction ID分发到所属的FCCU/FCSU，或者将消息转发给CDBI，CDBI查询终结点TID归属的FCCU/FCSU模块号并将消息转发给该模块。

/MGCP信令下行路径

（1）对于同一个呼叫的第一个消息，FCCU/FCSU会按照负荷分担的原则选择一块BSGI，并会将同一呼叫的后续消息都分发到该BSGI板处理。

（2）BSGI板进行MGCP/编解码和UDP消息处理后，根据UDP包中携带源IP地址与IFMI IP地址进行比较，选择IP地址系统的IFMI板进行分发。

信令上行路径

（1） IFMI板处理MAC消息后，判断UDP消息的目的端口。如果目的端口是SIP本地端口，IFMI则根据SIP本地端口与MSGI模块号对应的关系进行消息一级分发。如果目的端口是SIP服务端口，IFMI则依据负荷分担的原将消息分发到任意一块可以处理SIP协议的MSGI。

（2）如果是SIP用户呼叫或非呼叫类型的消息，MSGI向CDBI查询SIP用户标识（用户名或号码）与FCCU/FCSU对应关系，并分发到该FCCU/FCSU。如果是SIP中继呼叫，MSGI根据负荷分担的原则将消息分发到任意一块FCCU/FCSU板处理，并在本板数据库记录Call ID与FCCU/FCSU模块的对应关系，根据Call ID将同一呼叫的后续呼叫消息分发送同一块FCCU/FCSU板。

信令下行路径

（1）FCCU/FCSU根据负荷分担的原则将消息分发到可以处理SIP协议的MSGI板，并在本板的数据库上记录对应的MSGI模块号，同一呼叫的其他下发消息将直接按照记录进行下发。

通信原理总结【第二篇】

关键词：CAN总线；远程输入输出；数控系统；模块化设计

中图分类号：TP27 文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2008)09-114-02オ

Design and Realization of Long-distance I/O Station Based on CAN-bus for CNC System

LI Meiling,XIAO Baojin

(School of Information Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,030024,China)

オ

Abstract：CAN is a kind of excellent field bus with high reliability,low cost,has been applied in many the field of the CNC system,the shortage problem of input-output nodes in economical CNC system is very distinctive and the error ratio of input-output signal in teletransmission is very order to solve the problem above,it will be introduced that CAN bus technology is used in CNC system with an example of designing a long-distance I/O station.

Keywords：CAN-bus;long-distance I/O station;CNC system;modular design

1 引 言

CAN即控制器局域网，他的通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。他的应用不再局限于汽车行业，其中CAN在机床数控系统方面实现的功能主要包括：程序管理；机床系统参数输入输出诊断、参数的通讯；机床状态采集；机床工作模式采集；数据库管理等。

目前，国产数控系统的主要份额是经济型机床数控系统。经济型数控系统与机床基本输入输出接口的数量都是有限的，经常不能满足实际操作中的需求，同时在实际车间中，机床与数控系统可能距离较远，输入输出信号在远程传输过程中非常容易受到干扰而出错，而CAN总线在传输较远距离的信号时传输时间短，受干扰概率低，还具有较高的传输速度，基于这些原因本文提出了基于CAN总线的数控系统远程输入输出模块的设计思想。

2 模块结构设计

该模块的组成结构设计如下：CANIN，CANOUT是CAN总线的输入输出接口。DI，DO是模块与机床的接口，DI：机床信息输入接口；DO：来自数控系统的信息输出给机床的接口。且DI，DO接口接收的信息都是开关量信息。

お

图1 模块组成结构

3 模块硬件设计

本输入输出模块中的微处理器选用宏晶公司的单片机STC89C516RD+。在CAN总线通信接口中，CAN通信控制器选用 SJA1000，CAN总线驱动器采用 PCA82C250。由图 2 CAN远程输入输出模块硬件原理图可以看出，电路主要由6部分组成：微控制器STC89C516RD+、独立 CAN 控制器、电气隔离器件6N137、CAN 总线驱动器PCA82C250、输出模块和输入模块。微处理器STC89C516RD+ 负责向输出模块传出要输出的数据，对输入模块的输入点进行扫描输入，以及初始化SJA1000，并通过控制 SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。

SJA1000的AD0~AD7连接到STC89C516RD+的P0口，片选信号CS*由控制，其为0时CPU片外存储器地址可选中SJA1000，进而可对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的RD*WR*ALE分别与STC89C516RD+的对应引脚相连，INT*接STC89C516RD+的INT0*，使单片机可通过中断方式对SJA1000进行实时访问。P1口3个端口外接一拨码开关，用来确定自身模块的标识号即该模块的ID号，拨码开关的取值为000~111，所以该ID号的取值为0～7。[HT2.][]

图2 模块原理图

为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与PCA82C250的TXD和RXD相连，而是在中间加入了一级高速光耦6N137，这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离，但前提是光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否则就只是利用其响应速度做低通滤波器用。电源的完全隔离可采用小功率的DC-DC，或带多5 V隔离输出的开关电源模块实现。这虽然增加了接口电路的复杂性及成本，但却提高了节点的稳定性和安全性。

输出模块中各输出点通过锁存器74ALS273与STC89C516RD+的P0口相接，并由P2译出的地址以及写信号WR*进行锁存控制。而输入模块中各输入点通过总线缓冲器74ABT245与P0口相连，74ABT245由P2译出的地址以及读信号RD*进行选通控制。这样STC89C516RD+就可以方便地对外部I/O进行访问而无须其他额外的软硬件开支，大大提高了STC89C516RD+的执行效率。

4 模块软件设计

CAN总线数控系统远程输入输出模块的软件设计主要包括6大部分：STC89C516RD+初始化、CAN控制器初始化、报文发送、报文接收、对输出点的输出访问和输入点的扫描输入。本设计应用的CAN的pelic模式的标准帧格式。

程序流程如图3所示。SJA1000初始化只有在复位模式下才能进行，初始化主要包括通过调节拨码开关设置本模块的标识符，工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器(AMR)和接收代码寄存器(ACR)的设置、波特率设置和中断允许寄存器(IER)的设置等。

机床信息传到数控系统：当扫描到机床的输入信号有电平变化时，模块把自身的ID信息和输入信号一起打包成标准帧发送给数控系统。

数控系统指令传到机床：模块实时监控总线，当总线上有来自数控系统的信息，启动CAN接收，根据AMR和ACR来判断是否该接收该指令帧，如果不应该接收，将信息丢弃，如果应该接收，将指令输出给机床。

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图3 模块程序流程图

5 模块应用

在实际应用中，多块输入输出模块相连接组成CAN的网络，多块输入输出模块的上位机都是机床数控系统，各模块的输入输出接口均与机床相连如图4所示。

注意在该网络中，在总线的两端应各接有一个终端电阻，终端电阻的作用是吸收信号线上电脉冲的多余能量，防止反射形成信号混淆，而信号混淆将导致通讯错误。

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图4 应用数控系统远程输入输出模块的网络拓扑

由于各模块的ID号的取值为0~7，所以本设计数控系统外部可扩展8个输入输出模块，其中各个模块ID号设置不能相同，且站号越小，优先级越高。在本设计中每个模块的输入点为64个，输出点为64个，则一共可以扩展到512(64*8)个输入输出点。

6 结 语

基于CAN总线的数控系统远程输入输出模块不仅扩

展了经济型数控系统的输入输出节点，而且提高了远程输入输出信号传输的正确率。本系统通过了现场进行的实验测试，总线单接一个模块；接两个模块；串接8个模块，分别测试各个模块的工作情况，机床和数控系统之间的信息都能正确传送，通信速率完全能满足系统实时性能的要求，运行可靠。系统具有结构简单，集成度、智能化程度高，结构与功能可扩展性好，安全可靠，极大地增加了数控系统和机床通信的输入输出节点。随着未来工厂自动化的发展，CAN总线将具有广阔的应用前景。

参 考 文 献

［1］饶运涛，邹继军，郑勇芸。现场总线CAN原理与应用技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003.

［2］张培仁，孙占辉，张欣，等。基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用［M］.北京：清华大学出版社，2003.

［3］谭剑波，谢川，石忠东，等。基于CAN总线的智能I/O站点设计［J］.微计算机信息，2005,21(10Z):1-2.

［4］李干林，韩念杭。基于DSP和CAN总线的信号转换装置设计［J］.现代电子技术，2007,30(6):17-19,22.

作者简介 李美玲 女，1982年出生，山东淄博人，硕士。主要从事CAN总线控制技术和信号处理方面的研究。

通信原理总结【第三篇】

关键词：CAN总线 CAN总线技术 数据传输

The summarization of the CAN bus

Li Ting

(Electronic Laboratory Center, Yanshan University, Hebei 066004,China)

Abstract: this article introduces the basic information of the CAN bas, and go into particulars about the technique of it., at last an design which about the distributed monitor system based on the CAN bus is gave

Key words: CAN bus, the technique of the CAN bus, data transmission

1引言

CAN总线(CAN-Controller Area Network)其全称为“控制器局域网”,意思是区域网络控制器。它是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块之间的数据交换而开发的一种串行通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps,距离可达10km。

CAN自诞生以来，以其独特的设计思想、优良的性能和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐。CAN国际标准的制定更加推动了它的发展和应用，基于CAN总线的工业应用系统也大量涌现。其主要应用领域包括大型仪器设备、传感器技术及数据采集系统和工业现场监控系统等。由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛的应用。

CAN总线应用研究还在不断深入，其应用范围必将不断扩大，发展前景十分广阔。

2 CAN总线基本概念

(1) 报文。总线上的信息以不同格式的报文发送，但长度有限。当总线开放时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。

(2)信息路由。

在CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息。这里包含一些重要的概念：

系统灵活性：节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下，被接于CAN网络。

报文通信：一个报文的内容由其标识符ID命名。ID并不指出报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波决定该数据是否使它们激活。

成组：由于采用了报文滤波，所有节点均可接收报文，并同时被相同的报文激活。

数据相容性：在CAN网络内，可以确保报文同时被所有节点或者没有节点接收，因此，系统的数据相容性是借助于成组和出错处理达到的。

(3)位速率。CAN的数据传输率在不同的系统中是不同的，而在一个给定的系统中，此速度是唯一的，并且是固定的。

(4)优先权。在总线访问期间，标识符定义了一个报文静态的优先权。

(5)远程数据请求。通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧与对应的远程帧以相同标识符ID命名。

(6)多主站。当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，发送具有最高优先权报文的单元会赢得总线的访问权。

(7)仲裁。当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，若同时有两个或更多的单元开始发送，总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标识符ID解决。这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失。若具有相同标识符的一个数据帧和一个远程帧同时发送，数据帧优先于远程帧。仲裁期间，每一个发送器都对发送位电平与总线上检测到的电平进行比较，若相同该单元可继续发送。当发送一个“隐性”电平，而总线上检测为“显性”电平时，该单元退出仲裁，并不再传送后继位。

(8)安全性。为了获得尽可能高的数据传输安全性，在每个CAN节点中均设有错误检测、标定和自检的强有力措施。检测错误的措施包括：发送自检、循环冗余校验、位填充和报文格式检查。

(9)出错标注和恢复时间。已损报文由检验出错误的节点进行标注。这样的报文将失效，并自动进行重发送。如果不存在新的错误，从检出错误到下一个报文开始发送的恢复时间最多为29个位时间。

(10)故障界定。CAN节点有能力识别永久性故障和暂时扰动，可自动关闭故障节点。

(11)连接。CAN串行通信链路是一条众多单元均可以被连接的总线，理论上，但愿数目是无限的，实际上，单元总数受限于延迟时间和总线的电器负载。

(12) 应答。所有接收器均对接收报文的相容性进行检查，回答一个相容报文，并标注一个不相容报文。

3 CAN总线技术简介

CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN总线技术被应用到汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装置、电子主干系统中均嵌入CAN控制装置。

CAN协议也是建立在国际标准化组织的开放系统互联模型基础上的，不过其模型只有三层，即只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。CAN总线通信接口集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而对通信数据块进行编码。采用这种方法可使网络内的节点个数在理论上不受限制，但在实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如，当使用Philips PCA82C250作为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。

另外，CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求；同时8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性，而且受干扰概率也很低。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。当节点严重错误时，具有自动关闭功能，以切断节点与总线的联系，使总线上的其他节点及通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计使其特别适合工业过程监控设备的互连。

4 CAN总线性能特点

国际标准ISO定义的CAN总线是全数字式现场控制设备互连总线，能有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。与其他总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其主要特点如下：

(1)CAN以多主机方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利用这一特点可方便地构成多机备份系统。(2)CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最快可在134微秒内得到传输。(3)采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。(4)CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5Kbps以下);通信速度最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。(5)采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低；每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低。(6)通信的硬件接口简单，通信线少，通信介质可为双绞线、同轴电缆或光缆。(7)节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。

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5 CAN总线结构和数据传输原理

CAN总线的结构

CAN总线由导线、控制器、收发器和终端电阻组成。导线是采用两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器：系统内的每个单元都有控制器，它对收到和发送的信号进行翻译。收发器：每个控制单元内都配置收发器，负责接收和发送网络上共享的信息。终端电阻：整个系统共有两个终端电阻，分别装在系统的两个控制单元内，其作用是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射。当终端电阻出现故障时，则因为线路的反射影像，控制单元的信号无效。

CAN总线系统的数据传输原理

数据形式

CAN总线系统中传递的数据为二进制的数字信息，每条信息的格式都是相同的，由以下几部分内容组成：开始域、状态域、空位、检查域、数据域、安全域、确认域、结束域。

开始域：1bit,提示数据传输开始，也即每条信息的始点。

状态域：11bits,用来标识是哪个控制单元发出了什么信息。

空位：未用。

检查域：用来标识整个信息包括多少项目(即数据组成部分的数量)。

数据域：为每条信息的核心部分，为信息传递的内容，最大可达64bits。

安全域：16bits,用来检测数据中有无错误，是否安全。否则让发送方重新发送。

确认域：2bits,为接收者发出的反馈信息。

结束域：代表数据传输的结束，即每条信息的结尾。

数据传输方式

当某个控制单元发出一条信息后，CAN总线会将其传输给网络上的各个控制单元，而这些控制单元则会选择的去接收，对于无用信息则不接收。

事实上，当CAN总线系统处于工作状态时，并不是只有一个控制单元在发送信息，而是网络上所有的控制单元都在不断的往CAN总线上发送各种各样的信息，这就需要将这些信息按重要程度不同而分类，即“优先权”大的将首先被发送出去，以便相关控制单元及时地接收并利用。“优先权”的标识是通过状态域数值来体现的，其值越小，则优先权越大。不过，同一控制单元发出不同类型的信息时，其状态域数值并不是完全一样的，这也是为了区别优先权，以保证其发出的最重要信息尽快使其他控制单元接收到。另外，同一控制单元在发出不同信息时，根据其重要程度不同，发出频率也不同，重要信息发送的频率要高。

6 基于CAN总线的分布式监控系统的一个应用实例简介

本实例中的“华控”智能分布式系统是由上位机、CAN通讯卡、RSM智能模块、通讯媒体、系统组态软件和人机界面六部分组成。示意图如图1所示，它是由CAN总线构成的分布式监控系统。主站点监控计算机负责管理工作，而将控制任务彻底下放到现场。现场中的每个设备都是具有通信功能的智能节点，它能完成诸如数据采集、数据处理、控制运算和数据传输等功能，只有一些现场仪表设备无法完成的高级控制控制功能，才由上位机来完成。现场节点之间可以相互通信，实现互操作。节点也可以把自己的诊断数据主动上传给上位机，以便于设备管理。本实例采用VB语言编程，利用CAN现场总线技术以及华控RSM智能模块搭建了分布式监控系统的逻辑结构，采用通讯协议实现上位机与模块的数据通信。本系统上下位机分布式监测，具有良好的系统扩展性能，操作方便，安全可靠，现场应用效果良好。

7 结语

相比其他的一些常见现场总线，CAN有许多的优越性：(1)采用数字信号传输，准确率提高；(2)接线简单；(3)现场设备具有很强的兼容性；(4)能够传送多个过程变量等。CAN总线以其独特的设计思想、优良的性能和极高的可靠性，越来越受到人们的重视。CAN只采用了ISO/OSI参考模型的1、2两层，对应用层需由用户自行定义。由于协议相对简单，并且价格便宜，抗干扰性能好。适合用于低成本、速率要求不高的控制场合。CAN总线还有着广阔的发展空间，将CAN总线引入工厂的生产监控中，对于提高工厂的生产效率和自动化水平，起到了积极的作用。

参考文献：

[1] 邬宽明，CAN总线原理和应用系统设计。北京航空航天大学出版社，1996年11月第一版。

[2] 史久根，张培仁，陈真勇。CAN现场总线系统设计技术。国防工业出版社，2004年10月第一版。

通信原理总结【第四篇】

关键词列车总线电缆MVB/WTB；TCN列车通信网络；Fluke测试分析仪

随着高速列车在我国迅猛的发展，高铁、地铁已经成为我国各大城市广泛应用的交通工具。而利用网络对列车进行实时通信并逐步实现列车控制系统的智能化、网络化与信息化成为高速列车通信的主要方式。TCN（Train Communication Networks）是为轨道车辆专门开发的专用网络列车通信网络，具有通信速率高、实时性好等特点。并通过了国际电工委员会标准IEC 61375标准的制定，虽然此标准对TCN网络所涉及到的基于物理层通信的列车总线电缆MVB（多功能车辆总线）/WTB（绞线式列车总线）进行了明确规定，但对实际装车应用连接设备组件测试的方法和标准并没有明确的规定，很多机车制造厂商都采用Fluke DTX 1800 测试仪进行组装车后的现场测试，但此测试设备仅针对的是以太网络电缆链路和信道的测试，配有专门的转接跳线、仪器模块和电缆模块，并不适用非常规的120 OHMS列车总线电缆的组件测试。因此造成了很多机车制造厂商在使用此方式进行测试和验收不能通过的困扰，也大程度上影响了列车的生产进度，甚至可能面临拆车的风险，对车辆制造商造成了巨大的损失。本文将详细解读和探索产生列车总线电缆现场安装测试不能通过的原因，并找出合理的方案解决列车总线现场测试问题，为机车制造厂商提供参考依据。

网络架构中的MVB/WTB列车总线电缆

TCN网络架构是由连接一辆车上各种设备的多功能车辆总线MVB和连接列车中各车辆总线的列车总线WTB组成，如图1所示。多功能车辆总线（Multifunctional Vehicle Bus，简为MVB）是一种便于传感器和执行机构连接的现场总线，连接一个车辆内各个设备，传输速率为/s，介质通常为星绞线。 列车总线（Wire Train Bus，简为WTB）贯穿全列车，连接列车中各个车辆，能自己组态，传输速率可达 Mbit/s，介质通常为双绞屏蔽线。

2.列车总线电缆MVB/WTB电气参数

总线电缆电气传输参数是由电缆特性阻抗，电容，电容对地不平衡，衰减，串音，转移阻抗所组成。电缆特性阻抗是电磁波沿均匀电缆线路传播而没有反射时所遇到的阻抗，是衡量电缆传输信号是否匹配的重要参数，如果电缆的阻抗不匹配将会产生信号的反射，导致严重的信号损失和失真。电缆中的电容取决于所使用的绝缘材料以及发泡绝缘的发泡度，电容越小信号的传输速率越快，反之就会变慢，通常MVB/WTB总线电缆采用发泡绝缘方式来提高信号的传输速率以及降低线材的外径保证阻抗的匹配。电容对地不平衡是衡量电缆结构均匀性与平衡性的重要指标，对地电容不平衡越小电缆的平衡性和均匀性保持的越好，反之就会越差。电缆的衰减决定了信号通过传输线后的大小，但因为传输线本身的非线性，电磁波的衰减随频率的升高而增大，也会随着长度的增加而增大。转移阻抗是涉及电缆对外屏蔽效果的参数，也是衡量EMC电磁兼容的重要指标，随着频率的大小变化而变化。电气性能指标如表1所示。

从测试图分析来看，产生原因可能如下：

（1）Fluke是100OHMS以太网络测试仪，而列车总线电缆为120OHMS，因此在电缆组件转接部位阻抗不匹配会产生信号的反射，如要保证测试通过，需要在转接部位进行处理，接头处剥线距离尽量短，散开处线芯进可能紧密绞合，适当可以考虑加屏蔽薄片和热缩套管包住散开线芯，减小阻抗不匹配产生的信号影响。

（2）转接适配器电缆本身的性能也会测试结果产生影响，通常会采用CAT5e以上的转接线，并保证电缆符合CAT5e的要求。使转接线的长度应尽量短，这样会对测试结果较好。

（3）由于列车总线电缆多为星绞屏蔽线，当在列车布线有一定弯折时，尤其在一些死角处，会对结构产生一定的变化，最终导致电气性能不通过。因此在布线设计时应充分考虑电缆的安装和布局。

（4）人为不合理操作也会导致电缆性能变化，在现场操作时尽量对总线电缆进行保护，不要随意拉拽和踩压，尤其是在电缆放线时尽量减小张力，避免破坏电缆结构。

（5）如不是上述原因，有可能是列车总线电缆本身的性能指标不符合标准的要求，造成最终组件测试不过，测试图形发生变形。在这种情况下，需要用电缆生产厂家的网络分析仪CTS系统来判断电缆是否存在问题，此时电缆长度需要100米才能准确判断。

5.结束语

列车总线电缆是TCN网络的重要组成部分，也是整个列车能够正常通信的保障，因此总线缆的现场组装测试结果判断对整个列车后续安装生产有重要作用。而其结果的失败是由多种原因造成的，以上分析原因可为机车制造厂商提供参考依据。

参考文献

[1]IEC 61375-1 Electric railway equipment-Train bus-Part 1：Train communication 2012.