文件修订页目录1 文档介绍............................................................................................................................... 1-3 1.1 文档目的......................................................................................................................... 1-3 1.2 文档范围......................................................................................................................... 1-3 1.3 读者对象......................................................................................................................... 1-3 1.4 参考文档......................................................................................................................... 1-31.5 术语与缩写解释............................................................................................................. 1-32 背景：................................................................................................................................... 2-43 需求....................................................................................................................................... 3-44 与应用层的接口................................................................................................................... 4-45 系统的体系结构................................................................................................................... 5-56 工业以太网协议................................................................................................................... 6-6 6.1 选主：............................................................................................................................. 6-7 6.2 令牌结构......................................................................................................................... 6-7 6.3 令牌环的生成................................................................................................................. 6-86.3.1令牌环传递、产生可以图示如下： ...................................................................... 6-86.3.2从节点在线注册： .................................................................................................. 6-86.3.3从节点离线处理： .................................................................................................. 6-86.3.4令牌丢失的处理： .................................................................................................. 6-96.3.5单点故障扩散的规避： .......................................................................................... 6-9 6.4 令牌传递策略................................................................................................................. 6-96.4.1令牌传递顺序： ...................................................................................................... 6-96.4.2多个令牌同时传递： .............................................................................................. 6-9 6.5 双网切换策略................................................................................................................6-10 6.6 算法各项指标估算........................................................................................................ 6-111文档介绍1.1 文档目的本文主要根据《工业以太网协议--软件需求.doc》的要求，以及前期的技术预研，给出了实现“工业以太网协议”的具体思路，作为后续具体开发工业以太网协议的依据，同时也希望同级评审中能及时发现设计中的不妥之处。
1.2 文档范围主要涉及实现工业以太网的：与应用层的接口、令牌环式主从协议的详细设计思路、调度算法的各项指标的估算。
1.3 读者对象MACSV网络应用开发人员以及工业以太网开发人员：1.4 参考文档[SPP-PROC-PP] SEPG，需求开发规范，机构名称，日期[EPSG-WP]作者，《POWERLINK Data Transport Services White-Paper Version: 0005》，ETHERNET Powerlink Standardization Group，2019.9.27[IOS]作者，《Cisco IOS Release 12_0》，Cisco Systems Inc.，20191.5 术语与缩写解释2背景：工业以太网工作启动后，经过前几次讨论，初步确定了“工业以太网的用户需求”，为了满足《工业以太网协议--软件需求.doc》的要求。
通过对业界流行的几种工业以太网协议的比较，结合公司主流应用环境的特点，确定以POWERLINK协议为原形，参考802.4令牌总线、802.5令牌环两种协议，给出工业以太网协议的概要设计。
POWERLINK的成功证明工业以太网完全可以不改硬件，只对以太网软件改动就可以满足确定性实时的需求，令牌调度算法比POWERLINK简单的主从调度更适合我们公司非实时操作系统Windows与实时操作系统QNX混合的应用环境，前一段时间的一些试验数据验证了这一点。
3需求详见《工业以太网协议--用户需求.doc》以及《工业以太网协议--软件需求.doc》。
归纳起来，工业以太网需求主要包括以下几点：在公司各产品的实时通讯环节替代现在使用的TCP/IP协议栈，达到确定性实时通讯目的。
◆确定性：应该采用周期性轮询策略而不是随机抢占；◆实时性：能在一个采样周期内将发送缓冲的采集数据及时传递给目的节点。
◆安全性：避免网络风暴的产生和对系统的冲击。
一期开发工作要求：在MACSV中使用工业以太网实现数据的采集。
满足两层网络结构的应用环境，即非实时的数据通过TCP/IP走管理网，而实时数据通过工业以太网协议走系统网，两层网络隔离，互不干扰。
二期开发工作要求：满足一层网络结构的应用环境，即非实时的数据走TCP/IP协议，实时数据走工业以太网协议，但两种协议跑在同一层网络上。
4与应用层的接口详见《工业以太网协议--接口定义.docc》。
与应用层的接口采用基于节点号＋端口的报文收发方式（类似UDP协议）。
图示如下，其中系统网与备份网各有一个独立的发送缓冲区，这样大量的双机备份包不会影响系统网的数据采集包。
应用层发送数据预先放在发送缓冲区，本节点被调度时由工业以太网协议一次性发送出去。
工业以太网接收到的数据按端口依次放到独立的接收缓冲区，各个应用程序分别接收自己端口的缓冲区数据，不会互相干扰。
5系统的体系结构下图是整个软件体系结构图，它表示了挂接在以太网上的其中一个节点的软件分层组织情况。
图中可以看出：工业以太网协议运行在windows2000，QNX425平台上，它采用分层模块化设计，应用层软件与工业以太网之间是通过共享缓冲区来进行数据交换的，令牌调度协议的实现与网络接口分开，这提高工业以太网协议的可移植性，当移植到linux等其他操作系统时，不必修改工业以太网协议核心模块，即是软MAC协议模块，而只消需根据目标平台修改网卡驱动接口模块。