不 同通信硬件模 块 Ｐ Ｃ通 信 系统 的实 时性 。另一 方面 优化 通 Ｌ 信机制 ， 文献 ［ ，］ ３４ 提出了基于 Ｃ Ｎ总线实现 的远程 １ Ａ ０模块中
１ 主 从 通 信 中的 无 效 数 据 流
常用 主 从 通 信 应 用 层 协 议 ： ｄ ｕ、 ｅ ｏｕ 、 Ｐ 、 Ｘ、 Ｍｏｂｓ Ｍ ｍ ｂｓ Ｐ Ｉ Ｆ
Ｓ ＴＲＡＴＥＧＩ ＥＳ ＡＮＤ ｏＰＴｌ Ｉ Ｍ ＺＡＴｌ ｏＮ ＡＬＧＯＲＩ ＴＨＭ Ｓ
Ｙａ Ｋｏ ｇ Ｚ ｑ ｎ ｎ Ｙｉ ｎ ｈｉｕａ （ ｃｏ ｌｆＣ ｍ ｕｅ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈｏｏｙ Ｈ ｎｚｏ ｉｎｉ ｎｖｒｔ， ａ ｇｈ ｕ３ ０ １ Ｚ ｅａｇ，ｈｎ ） Ｓｈｏ ｏ ｐ ｔ ｃ ｎｅａｄＴｃｎｌ ， ａ ｇｈ ｕＤａ ｚ Ｕ ｉ ｓｙ Ｈ ｎ ｚｏ １ ０８，ｈｊ ｎ Ｃ ｉａ ｏ ｒ ｅ ｇ ｅｉ ｉ
应用层协议是否都高效 实时 的问题。针对 于此 ， 文通过 分析 本 无效数据流产生的原因 ， 建立点 对点主从通 信延 时的协议 性能
描述模型 ， 抽象描述块 、 离散 、 混合协议及其优化策略 ， 并通过实
验对 比分析各协议策略 的通 信性能 ， 阐明各 自优 缺点及其适 用
情况 。
断代替 主机轮询 的通信 软硬 件架 构 ， 文献 ［ ］ ５ 用分 层 的网络 拓
扑结构代替总线式 的， 优化 一主与多从 机间的通信速度 ， 献 来 文
［ ，］ ６ ７ 根据 Ｍｅ ｏｕ 、 ｄ ｕ 协 议可地址 块组 帧特点 ， ｍ ｂ ｓＭｏｂ ｓ 分别提 出 地址块组合判据规则和逻辑 地址 映射 、 物理地 址重分 配的静 态 主动优化方法来ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ少数据传输量提高通信效率 。 加强通信硬件模块配置 ， 必需 加大投资 ， 并会产生新 旧通 信 模块 问的兼容性问题 ， 而从软件模块层 面优 化具 有经 济 、 简单 等 优点 。文献 ［ ，］ ６ ７ 并未求解到可地址块 组帧协议 的最优 地址组
第 ２ 第 １期 ９卷
２１ ０ ２年 １月
计 算机应 用 与软件
Ｃ ｍｐ ｔｒＡｐ ｌ ａ ｉｎ ｎ ｏｔ ａ ｅ ｏ ｕ ｅ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｄ Ｓ ｆ ｒ ｃ ｏ ｗ
Ｖｏ． ９ Ｎｏ １ １２ ．
Ｊｎ ０ ２ ａ ．２ １
主 从 模 式 下通 信 协 议 策 略及 优 化 算 法 研 究
通信架 构解 决 了遗传 算法在求解混合 协议 时实时性差的瓶 颈。通过 实验 ， 分析 三种策略随读写 内存地址分布 的适用情况 ， 明混合 表 协议策 略具 普适性。 关键词
中 图分 类 号
主从 通信 协议策 略
Ｔ ３１ Ｐ ０
优化 算法 遗传 算法
Ａ
文献标识码
Ｓ ＴＵＤＹ ＯＮ ＡＳ ＥＲ． ＬＡＶＥ Ｍ ｏ ＤＥ ＣｏＭ Ｍ ＵＮＩ Ｍ Ｔ Ｓ ＣＡＴＩ ＯＮ ＲＯ Ｔ ＣＯＬ Ｐ Ｏ
能化 技 术 。
２２ ４
计 算机 应 用与软件
２ｌ ０ ２年
设实例 Ｃ Ｓ一 ， Ａ Ｓ １ 要读取从 设备 内存 地址 Ａ ｄｅｓ ４—６ ｄ ｒ ＝｝ ｓ ，
２ ０—２ ３ ３ ２， ４， ６—４ ７ ８ ８， ４， ０—８ ９ １ ４ —１ ２， ３ １ ４， ７ ２ ４， ３， ２， ０ １ １ ４， ５ １ ０， ０
的通信地址集合 ， 所用通信帧数最少。但是 ， 当读／ 内存地址分 写
布离散时 ， 块状存取贪心策略 Ｂ Ｇ （ ｌ ｋＡ ｃｓ Ｇｅｄ ｏｃ ） Ａ Ｐ Ｂｏ ｃｅｓ ｒｅｙＰ ｌｙ ｃ ｉ
并无优势 ， 且往往导致读写无效的内存地址值 ， Ｃ Ｓ一。 如 Ａ Ｓ１
收稿 日期 ：００一ｌ —０ 。严义 ， ２１ １ ８ 教授 ， 主研领域 ： 计算机 控制与 智
定义 ３ 无交叉 子集 分段划分 Ｕ Ｓ （ ｎｒｓ ｓｂｅ ｓｃｉ — Ｓ Ｐ Ｕ ｃｏｓ ｕｓｔｅｔ ｎ ｏ
ａ ｐｒｔ ｎ 。集合 Ａ ｄｓ Ａ ，２ … ， ＿ ｌ ａ ｉｏ ） ｔｉ ｄ ｒ＝｛ ｌＡ ， Ａｆ划分为 个子集 ： ｂ Ｊ ｓ— ｕ
Ａ ｄ ， ｕＡ ｄｓ， ｓｂｄ ｒ ， ｄ ． ｓｂｄ ｒ …， ｕＡ ｄ 且满足 式 （ ）一式 （ ） 则称 对 ３ ５， Ａ ｄｓ ｄ ｒ的子集划分为无 交叉 子集 分段划分。
帧解 ， 也未 回答在读 写各 内存地址 分布 时 ， ｏ ｂｓ Ｍｅ ｏｕ Ｍ ｄ ｕ 、 ｍ ｂｓ等
０ 引 言
主从模式 通 信 大 量应 用 在工 业 控 制 系统 中 ， 尤其 在 Ｐ Ｃ Ｌ
（ ｒｇ ｍ ｂｅ Ｌ ｇ ｏ ｔ ｌ ｒ 、 Ｃ Ｄｓ ｂ ｔ ｏｔ ｌＳｓ Ｐｏｒ ｍａｌ ｏｉ Ｃ ｎｒ ｌ ） Ｄ Ｓ（ ｉｒ ｕｅ Ｃ ｎｒ ｙ— ａ ｃ ｏｅ ｔ ｉ ｄ ｏ
Ｈ ｓ ｉｋ 一般包含如图 １ ｏｔ ｎ 等 Ｌ 所示结构 的协议数 据单元 （ Ｄ ， Ｐ Ｕ） 一 次会话 只具有读写一块连续内存地址区的能力 ， 而主设备通信应
用层要求读写从设备 内存地址分布是随机的， 造成这些协议有无 法避免 的缺陷。基于如图 ｌ 块状存取的 Ｐ Ｕ， Ｄ 常用组 态软件惯用 做法是读写每帧包含最大的内存地址数的贪心策略 ， 从而对给定
ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｏ ａ ｉ ｏ ａ ｏ ｈ ｒｃ ｅ ｓｉ ｆ ｒ ｄｔ ｎ ｌ ｃ ｍｍｕ ｉａｉ ｎ ｐ ｏｏ ｏ ｓ ｈ ｅ ｒ ｔｃ ｌｓｒ ｔｇ ｅ ，ｒ ｓ ｅ ｔ ｅ ｙ ｈ ｌｃ ｙ，ｔｅ ｄ ｓ ｒ ｔ ｎ ｈ ｘ ｄ，ａ ｅ ｉ ｃ ｔ ｉ ｎ ｃ ｔ ｒ ｔｃ ｌ ，ｔ ｒ ｅ ｐ ｏｏ ｏ ｔ ｅ ｉｓ ｅ ｐ ｃｉ ｌ ，ｔ ｅ ｂ ｏ ｋ ｏ ａ ｖ ｈ ｉｃｅ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｍｉｅ ｒ ｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｔ ｒｕ ｈ ｅ ｔｂｉｈ ｎ ｎ ａ ｄ ｅ ｓｃ ｌ ｃ ｉｎ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｄ ｌｙ ｐ ｏｏ ｏ ｅ ｏｍａ ｃ ｅ ｃ ｐ ｉｎ ｍｏ ｅ ，ｎ ｔｏ ｌ ｈ ｏ ｌｔ ｎ ｓ ｒｐ ｓｄ ｈ ｏ ｇ ｓａ ｌ ｉ ｇａ ｄ ｒ ｓ ｏｌ ｔ ｏ ｓ ｅ ｏ ｎ ｃ ｔ ｅａ ｒ ｔｃ ｌ ｒ ｒ ｎ ｅ ｄ ｓ ｒ ｔ ｄ ｌ ｏ ｎｙ ｔ ｅ ｃ ｍｐｅ ｅ ｅ ｓ ｏ ｐｆ ｉ ｏ
ｕ： ＭＡｄ ｓ６ｄｒ ＝Ａｄ ｄｒ ｓ
ｓｂ ｄ ｒｎｓ ｂ ｄ ｒ ＝ ｕ Ａ ｄ Ａ ｄ ｕ
Ａ ＜Ａｊｉ 或 ｍ ｎ
（） ３
（ ４）
的无用 内存地址值 ， 而第 ２、、 、 ５ ７ ８帧读取有用 内存地址数 极少 ，
却 都需 一次会话 ， Ｂ Ｇ 且 Ａ Ｐ并不是最优策略 ， 若将第 １帧 中的 ３ ４ 地址放 入第二 帧读 ， 则通信帧数不变 ， 而无用 内存地址数将减少 １ ０个。通过 以上 分析 ， 得三点结 论 ： １ （ ）常用组态 软件的 Ｂ Ｇ ＡＰ
严 义 孔志泉
（ 杭州电子科技大学计算机学院 浙江 杭州 ３ ０ １ ） １０ ８
摘
要
针对主从 通信 数据 流冗余 、 时性差 问题 ， 实 分析传统 通信 协议特 点， 出块 、 提 离散 、 混合 三种协议策 略。通过建立地址 集
合 通信 延迟 协议性能描述模 型， 分别证 明动态规划 、 贪心算法求解块 、 离散策 略最优地址组 帧解 的完备性 ， 并用二元任务分优 先级 的
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ Ｔ ｏｖ ｈ ｒ ｂｅ ｎ ｍａ ｔｒｓａ ｅ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｕ ｈ ａ ｅ ｕ ｄ ｎ ａａ ｓｒ ａ ｎ ｎ ｏ ｒｔ ｌ ｅ ｓ ｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｏ ｓ ｌｅ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍｓｉ ｓ — ｌｖ ｏ ｅ ｎｃ ｔ ｓ ｓ ｃ ｓｒ ｄ ｎ ａ ｔｄ ｔ ｔ ｍｉ ｇ ａ ｄ ｐ ｏ ｉ ｉ ｓ ，ｂ ｎ ｌ ｚｎ ｈ ｏ ｅ ｍｅ ｎ
ｉ≠
．
ｉ ≤ Ｋ ，
Ａ． ＜Ａ …
ｉ≠
ｉ ， Ｋ ≤
（） ５
定 义 ４ 加 括 号 子 序 列划 分 Ｂ Ｐ Ｂａｋｔ ｕ ｓｑ ｅ ｃ ａ ｉ Ｓ （ ｒｃｅ Ｓ ｂｅｕｎｅＰ ｒ— ｔ
ｔ ｎ 。设序列 ａｄｓ ａ ，２ …， ， ｉ） ｏ ｄｒ ＝（ ａ ， ａ ） 元素 口 在位置 ｉ ， 之 一１ ｉ 间， 在位置 ｉ ， ， ｎ ＝１２ …， —ｌ处加 Ｋ一１ 个“） ， （” 形成 Ｋ个子序 列， 称序列的加括号子序列划分。
ｔ 等工业现场设备 中， ｅ ｎ） 主设 备实时读取或写入从设备 内存量 ， 监控 、 协调各工业仪器设 备运行 。而控制功 能的 日益繁杂 和控 制对象 的增多 ， 使读写数据量剧增 ， 导致通信效 率低下无法满 足 系统要求 。 针对该 问题 ， 一方 面增 强通 信 模块 硬 件 配置 ， 如从 Ｒ ２ ２ Ｓ ３ 到 Ｒ ４ ５ 再 到 ｒａ．ｍ ｔｅ ｔ ， Ｓ８ 、 ｅ１ｉｅＥｈｍｅ 等 文献 ［ ，］ ｔ １２ 分析测量 了配置
ｏ ｙ ａ ｃｐａ ｎｎ ｆｄ ｎ ｍｉ ｌｎ ｉｇ，ｇ ｅ ｄ ｌｏ ｔ ｍ ｅ ｏｖｎ ｌｃ ｎ ｉｃ ｅｅ ｓｒ ｔｇ ｐ ｉ ｌ ｄ ｒ ｓ ｒ ｕ ｒｍｅ ｓ ｌ ｉｇ ｉ ｓ ｐ ｒ ｔｌ ａｉ ａｅ ｒ ｅ ｙ ａｇ ｒ ｈ ｒ ｓ ｌｉ ｇ ｂｏ ｋ ａ ｄ ｄ ｓ ｒ ｔ ｔ ｅ ｙ ｏ ｔ ｉ ａ ｍａ ａ ｄ ｅ ｓ ｇ ｏ ｐ ｆ ａ ｏ ｖｎ ｓ ｅ ａ ａｅ ｙ ｖ ｌ ｔｄ，ｂ ｔ ｄ ｕ ａｓ ｈ ｏｔ ｎ ｃ ｆ ｐ ｏ ｉ ｌ ｅ ｓ ｉ ｏｖ ｎ ｈ ｘ ｄ ｐ ｏ ｏ ｏ ｏ ｎ ｔ ｇ ｒ ｈ ｉ ｒ ｍｅ ｉｄ ｂ ａ ｓ ｏ ｕ ａ ｋ ｒ ｒ ｉｅ ｌｏ ｔ ｅ ｂ ｔ ｅ ｅ ｋ ｏ ｏ ｒ ｔ ｌ ｍｅｉ ｓ ｎ ｓ ｌｉ ｇ ｔ ｅ ｍｉｅ ｒ ｔｃ ｌ ｆｒ Ｇｅ ｅ ｉ Ａｌｏ ｔ ｍ ｓ ｅ ｄｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆｄ ａ ｔｓ ｓ ｐ ｉ ｉ ｚ ｄ ｎ ｃ ｉ ｌ ｏｔ
ｃ ｍｍｕ ｉａｉ ｎ ａ ｃ ｉ ｃｕ ｅ Ｔ ｒ ｕ ｈ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ，ｔ ｅ ｓ ｉ ｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｅ ｄ ｗ ｔ ｍｏ ａ ｄ ｅ ｓ ｄ ｓｒ ｕ ｉｎ ｏ ｈ ｈｅ ｔ ｔｇｅ ｒ ｏ ｎ ｃ ｔ ｒ ｈ ｔ ｔ ｒ ． ｈ ｏ ｇ ｘ ｅ ｉ ｎｓ ｈ ｕ ｔ ｉ ｔ ｆ ｔ ｅ ｒａ — ｒ ｅ ｍｅ ｕ ｄ ｒｓ ｉｔ ｂ ｔ ｆｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｓｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｉ ｉ ｏ ａ ａ ａｙｅ ｎ ｌｚ ｄ，Ｓ ｈ ｔｉ ｉ ｉ ｕ ｔ ｔｄ ｔ ａ ｈ ｘ ｄ ｐ ｏ ｏ ｏ ｔａｅ ｙ ｉ ｕ ｉｅ ｓ ｌ ｐ ｌ ａ ｌ ． Ｏ ｔａ ｔ ｓ ｌ ｓ ａ ｅ ｈ ｔ ｅ ｍｉｅ ｒｔ ｃ ｌｓｒｔ ｇ ｓ ｎ ｖ ｒａｌ ａ ｐ ｉ ｂ ｅ ｌ ｒ ｔ ｙ ｃ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒｓ Ｍａ ｔｒｓａ ｅ ｃ ｍｍｕ ｉａｉ ｎ Ｐ ｏｏ ｏ ｔ ｔ ｇ Ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ａｇ ｒ ｈ ｓｅ —ｌ ｖ ｏ ｎ ｃ ｔ ｒ ｔｃ ｌｓ ａ ｅ ｏ ｒ ｙ ｐ ｉ ａｉ ｌｏ ｉ ｍ Ｇ ｎ ｔ ｇ ｒｔｍ ｍｉ ｏ ｔ ｅ ｅｉ Ａｌｏ ｈ ｃ ｉ
２ ８— ２ ２ ６— ３ ，７ ２ ８ 处的值 ， １ ２０，３ ２ ８ ２ ６— ７ ｝ 其应用 的块 状存取 Ｐ Ｕ Ｄ
最 大能容纳 ３ ２个地址。Ｂ Ｇ Ａ Ｐ通信 帧时序如 图 ２所 示 ， 地址集
合 Ａ ｄｅｓ ｄｒｓ 被分为 ８个子集分别组帧读 ， １ ３４帧读取 了较多 第 、、