一种硬实时综合业务以太网技术

为了能够在不改变现有以太网硬件设施的基础上给网络综合业务数据的传输提供保障，该文利用网络协议RISE，从理论和实践上研究了如何设计和构建一种具有硬实时、软实时和非实时数据混合传输能力的硬实时综合业务以太网技术。该技术能满足硬实时、软实时和非实时数据混合传输的要求。
关 键 词 实时以太网协议; 实时通信控制; 总线表; 硬实时综合业务以太网

以太网(Ethernet)具有技术成熟、协议简单、快速、低耗且兼容性好等特点，但其所采用的是带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD协议，CSMA/CD协议能够检测到碰撞的发生。如果发生碰撞，则采用避免冲突的二进制指数回退机制，使得Ethernet不具有实时性[1-2]。
文献[3]对IEEE802.4标准[4]进行了深入研究，在现有以太网的基础上开发了具有软实时及非实时数据通信功能的RETHER协议。但该协议对硬实时的数据通信却很难保证。随着网络规模的扩大和网络应用的增加，人们希望得到更多的网络服务[5]，因而提出并实现了一种硬实时综合业务以太网(Hard-Real-Time Integrated Services Ethernet, RISE)的传输解决方案。
1 RISE混合传输通信技术
RISE是基于不改变现有以太网硬件设施而开发的一种通信系统。该系统通过模式仲裁器在RTCC模式[6]与RETHER模式[3]两者间相互交替工作，实现硬实时、软实时、非实时数据混合传输。RISE系统包括主控站(MS)、监控站(Moni)和基本终端(BT)三类网络节点。RISE设计具有以下五大类功能。
1) 提供包括节点类型、节点功能、节点地址的初始化配置。
2) 基于以太网上的综合业务通信功能：(1) 硬实时数据通信时，主控站顺序执行总线表，启动和控制消息传输，以此保证硬实时通信。用户使用编程接口，经RISE通信协议栈，在主控站管理控制下收发消息，获得硬实时通信保障。(2) 软实时数据通信时，主控站通过调用总线表中的令牌传递消息构建令牌环，并确定令牌轮转时间和令牌保持时间，以控制软实时数据的传输。用户使用编程接口，经RISE通信协议栈，根据令牌的轮转时间获得软实时通信保障。(3) 非实时数据通信时，主控站通过调用总线表中的令牌传递消息构建令牌环，非实时数据可根据令牌环机制进行传输。用户使用基于TCP/IP协议的系统编程接口，RISE通信协议栈识别出数据是TCP/IP协议发送的非实时数据后，根据令牌传输机制传输数据。
3) 完善的网络传输监管机制，支持网络站点在线监控、统计、加入和退出。
4) 用户可选的配置、裁减功能，简单、易用的用户编程接口，自动生成总线调度表。
5) 完全满足健壮性、可维护性、可扩展性、可配置性设计指标。