摘 要 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)廣泛應用于我國的工業(yè)控制中，而這一系統(tǒng)的應用原理主要是根據(jù)上位機與下位機的交換來實現(xiàn)，只有保障了系統(tǒng)單元之間的高速運轉才能讓整個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)正常工作，因此網(wǎng)絡通信方式就顯的尤為重要，而現(xiàn)實中應用在網(wǎng)絡中常見的通信方式有串口232通信，485/422總線通信，串行I2C，這些串口能最大限度的滿足人們的日常所需，但是上述的三種通信方式并不適用于所有的場合，尤其是那些要求高效的工業(yè)企業(yè)，上述的幾種通信方式，如果在某一時間段發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，必然會影響到工業(yè)系統(tǒng)的工作效率，筆者希望能夠解決這一問題，因而對大量的網(wǎng)絡通信協(xié)議進行分析，并在下文中以UDP協(xié)議通信在工業(yè)控制中的應用為例，重點分析UDP與串行232，485，I2C及基于TCP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)之間的差別。

【關鍵詞】網(wǎng)絡通訊協(xié)議 通行效率 總線通信

UDP是User Datagram Protocol縮寫，簡稱用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議，是無線傳輸層的一種模式，主要為用戶提供了一種相對簡單但并不可靠的網(wǎng)絡服務，隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，這一技術已經(jīng)開始滲入了工業(yè)控制系統(tǒng)，總的來說他有如下特征：

（1）從UDP的本質來看UDP是一種無連接協(xié)議，它建立了電腦主機和從機之間的無線鏈接關系，當需要傳遞信息的時候，它可以用極快的速度從機器的存儲器內抓取自己需要的信息，并以最快的速度將其發(fā)布到網(wǎng)絡上，從發(fā)送端來看UDP傳輸數(shù)據(jù)的速度僅僅被計算機的能力和傳輸信息的寬帶限制，而在接收端UDP將不同的信息分在不同的序列中，應用程序從隊列中讀取消息段時，UDP的傳輸速度高達毫秒，快速的傳播速度無疑是我國大部分工業(yè)企業(yè)內部急需的。

（2）UDP在傳輸數(shù)據(jù)的時候不會建立連接關系，所以不用在意主機和從機的連接狀態(tài)，這讓主機可以同時與多個從機進行數(shù)據(jù)交換，而機器之間的信息不會互相干擾，這在無形之中提高了工作效率，讓工業(yè)企業(yè)的計算機不用在局限于面對協(xié)議的怪圈，提高工業(yè)企業(yè)的工作效率。

（3）UDP的數(shù)據(jù)吞吐量不受空間控制算法調解，只受軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸?shù)膸?，以及計算機組的性能限制。

（4）UDP在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候速度可高達10M/100M字節(jié)自適應，這讓其傳輸?shù)乃俣葧r間很短，這種傳輸速度是同類協(xié)議不可企及的高度。

（5）UDP的傳輸線路采用的是雙絞線，抗干擾性很強，能夠保證信息的穩(wěn)定傳輸。

而和UDP做對比的通信方式有：串行232，485，I2C通信

1 從傳輸速率和實時性來看

在現(xiàn)代工業(yè)中，信息技術的應用范圍越來越廣，工業(yè)對網(wǎng)絡速率的要求也越來越高，而UDP通信協(xié)議完全滿足這一需求，將其應用在工業(yè)上時其數(shù)據(jù)傳輸速度和互聯(lián)網(wǎng)的速率是相同的，設置好10M/100M字節(jié)的自適應后可以以極快的速度進行數(shù)據(jù)傳輸，完成工業(yè)計算機組之間的數(shù)據(jù)傳輸，這點和通常所使用的232，485，I2C等的通信相比速度得到了很大的提高，串行232，485，I2C的網(wǎng)絡傳輸速度最高也僅有100K左右的速度，而強行增加運行速度則會增加系統(tǒng)的負荷導致系統(tǒng)的錯誤率和崩潰率增加，這幾種通信方式的抗干擾能力也相對一般，面對需要傳輸大量數(shù)據(jù)的情況使用UDP，可以在最短的時間內完成任務。

2 從傳輸過程中的安全性來看

使用UDP協(xié)議來校準數(shù)值，以確保網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的安全性。UDP協(xié)議在校準前首先通過特殊的算法計算數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)轉移到接收方之后，還需要重新計算一次。如果在傳輸過程中數(shù)據(jù)被第三方篡改或損壞，由于數(shù)據(jù)錯誤等原因，導致驗算的發(fā)送和接收方不一致，UDP就不會接收這部分數(shù)據(jù)，由此可見，UDP協(xié)議可以降低錯誤的發(fā)生率。

3 與基于TCP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)的比較

TCP是Transmission Control Protocol的縮寫，簡稱傳輸控制協(xié)議。它是一種非?？煽康膫鬏攲油ㄐ艆f(xié)議和UDP位與OSI參考模型中的同一層。但是這三者之間卻有非常明顯的區(qū)別，是否是面向連接，從工業(yè)的角度來看，這一點造成的影響非常關鍵，從本質上來看TCP是連接時采用的通信協(xié)議，唯一的任務和使命就是發(fā)送與接受信號，但在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，

它要保證數(shù)據(jù)傳輸之間的可靠性，而UDP協(xié)議則跨過這條，不需要和接收方建立安全連接，可直接向對方傳輸數(shù)據(jù)，也無需在對方返回數(shù)據(jù)時確認信號，排除了數(shù)據(jù)的可靠傳遞機制，減少了數(shù)據(jù)的延遲時間，將安全和排序的問題交與底層應用層來完成，減少了系統(tǒng)的傳輸速率，提高工作效率，從這點上來看UDP協(xié)議和TCP協(xié)議相比，優(yōu)點有如下幾點：

（1）不用建立連接，減少系統(tǒng)開銷和延滯；

（2）不采用可靠的傳輸機制，主/從機不用維護很多用于記錄連接的狀態(tài)表；

（3）取消了確認信號的發(fā)送，提高了發(fā)送的速度和實時性

4 如何實現(xiàn)UDP協(xié)議

任何產(chǎn)品都需要考慮到自身的可行性，穩(wěn)定性以及成本，而UDP的協(xié)議也是如此

4.1 可行性

工業(yè)控制往往會使用單片機，以及一些芯片來實現(xiàn)使用者所需的功能，而UDP協(xié)議需要的僅僅只是擁有網(wǎng)絡模塊的單片機及ARM之類的CPU就可以實現(xiàn)，因此其實現(xiàn)較為簡單。例如菲利普芯片LPC2300，通信芯片DM9161A。

4.2 穩(wěn)定性

軟件的算法決定UDP的穩(wěn)定性，這是因為Internet網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議UDP通信的本質是高密度的芯片，穩(wěn)定性對其而言是必不可少的一部分。

4.3 成本

數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議所使用的硬件，就是數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的成本，這些電子元件的價格從現(xiàn)在來看價格并不貴，因而任何通信協(xié)議的成本在現(xiàn)在都不是很昂貴。

筆者通過上文分析了在工業(yè)環(huán)境中經(jīng)常使用的幾種網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，這其中就參數(shù)控制數(shù)據(jù)，系統(tǒng)單元狀態(tài)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)，系統(tǒng)故障診斷數(shù)據(jù)，系統(tǒng)報警數(shù)據(jù)等，這些工業(yè)系統(tǒng)在應用時都對網(wǎng)絡傳輸速度有很高的要求，高效快速的傳輸是這些系統(tǒng)的基礎，而串行232，485，I2C通信和TCP通信并不具備這種特性，UDP則完美的解決了這個問題。因此，可見基于UDP協(xié)議的通信是工業(yè)控制過程中不可缺少的通信模式。

參考文獻

[1]陳宏.基于嵌入式WinCE的UDP通信[D].成都：電子科技大學，2011.

[2]王艷芳.基于UDP的多媒體數(shù)據(jù)實時可靠傳輸研究[D].湘潭：湘潭大學，2009.

[3]燕永新.一種基于UDP協(xié)議的即時通信系統(tǒng)的研究[D].大連：大連海事大學，2008.

[4]胡傳軍.UDP通信在工業(yè)控制中的應用[J].數(shù)字技術與應用，2013（01）.

作者簡介

劉杰（1982-），男，上海市人。大學本科學歷?，F(xiàn)為中國船舶重工集團公司第七二六研究所科研崗位、工程師。研究方向為消防電子。

作者單位

中國船舶重工集團公司第七二六研究所 上海市 201108