現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議中，數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層協(xié)議zui重要，它直接控制各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)對(duì)通信介質(zhì)的使用權(quán)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)能力有關(guān)鍵影響。MAC層協(xié)議主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)采用事件觸發(fā)方式，設(shè)備可自主的隨機(jī)訪問(wèn)設(shè)備，Lonworks總線和CAN總線屬于這種方式;另一類(lèi)采用時(shí)間觸發(fā)方式，設(shè)備只能在受控的確定時(shí)間訪問(wèn)介質(zhì)，Worldfip總線和Profibus總線屬于這種方式。
　　1、時(shí)間觸發(fā)方式協(xié)議
　　時(shí)間觸發(fā)方式協(xié)議采用令牌方式，進(jìn)一步可分為分布式令牌協(xié)議（如Profibus協(xié)議）和集中式令牌協(xié)議（如Worldfip總線協(xié)議）。
　　Profibus總線采用分布式令牌方式，所有節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)虛擬環(huán)，令牌在Profibus總線主站間按地址傳遞，擁有令牌的主站在確定的時(shí)間窗口擁有總線控制權(quán)，以輪詢方式與從站通信。所謂輪詢，是指主節(jié)點(diǎn)定期循環(huán)詢問(wèn)各個(gè)從節(jié)點(diǎn)，以便分配從節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)共享介質(zhì)的權(quán)利，避免了沖突。由于傳播時(shí)間確定，因此該方式可以保證通信的實(shí)時(shí)性。但Profibus總線也有自身的缺點(diǎn)，由于傳送令牌時(shí)需占用一定的帶寬，因此帶寬的利用率較低;而且，它的參數(shù)不容易設(shè)定，在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)和增加刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)需要進(jìn)行邏輯環(huán)重構(gòu)。
　　Worldfip總線采用集中式令牌方式，由總線仲裁器（BUS ARBITRATOR）來(lái)負(fù)責(zé)輪詢工作。能?chē)?yán)格區(qū)分周期信息和非周期信息。Worldfip的總線帶寬采用周期性分配，以20ms為一個(gè)基本循環(huán)，每個(gè)循環(huán)分為四個(gè)窗口：周期性窗口用于周期性變量實(shí)時(shí)刷新;非周期變量窗口用于非周期變量刷新;消息窗口用于處理突發(fā)性的消息，例如故障報(bào)警等;同步窗口由于由總線仲裁器發(fā)送填充標(biāo)識(shí)來(lái)填充基本周期空閑部分以保持總線同步。Worldfip總線對(duì)周期信息采用集中控制，相對(duì)于Profibus總線，它的信息響應(yīng)時(shí)間更、控制精度更高。同時(shí)，因?yàn)榉侵芷谛畔⒌竭_(dá)時(shí)間不確定，從而對(duì)非周期信息通信采用分布令牌管理，這樣既保證了非周期事件變量的確定性響應(yīng)時(shí)間，又有效的利用了帶寬，并且采用優(yōu)先級(jí)機(jī)制能保證重要的非周期信息的及時(shí)發(fā)送。但它也有一些缺點(diǎn)，比如，主設(shè)備失效將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，對(duì)高可靠性的應(yīng)用需要設(shè)置多個(gè)主節(jié)點(diǎn)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性，輪詢過(guò)程會(huì)消耗一些總線帶寬，降低了總線利用率等等。
　　2、事件觸發(fā)方式
　　事件觸發(fā)方式可以分為隨機(jī)載波監(jiān)聽(tīng)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）和載波監(jiān)聽(tīng)多路獲取/沖突避免（CSMA/CA）兩類(lèi)。
　　Lonworks總線采用一種改進(jìn)的CSMA/CD方式，稱為預(yù)測(cè)的P-CSMA。每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先檢測(cè)介質(zhì)是否空閑，如果介質(zhì)空閑就準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，并在發(fā)送數(shù)據(jù)前隨機(jī)插入隨機(jī)時(shí)間片，時(shí)間片數(shù)量越少表明堅(jiān)持發(fā)送的概率越大。Lonworks協(xié)議可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整堅(jiān)持發(fā)送概率P，使發(fā)生沖突的概率降到zui低。同時(shí)，為提高緊急事件的響應(yīng)時(shí)間，Lonworks提供了一個(gè)可選的優(yōu)先級(jí)機(jī)制，加入優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)總比非優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)有更快的響應(yīng)時(shí)間。Lonworks協(xié)議有許多優(yōu)點(diǎn)，如帶寬利用率高、單點(diǎn)故障不影響網(wǎng)絡(luò)通信、節(jié)點(diǎn)可靈活加減、在負(fù)載較輕時(shí)使介質(zhì)訪問(wèn)延遲zui小、在負(fù)載較重時(shí)使沖突的可能性zui小等。但總的說(shuō)來(lái)，它不能保證數(shù)據(jù)在任何網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下都能滿足實(shí)時(shí)性要求，在用于時(shí)間關(guān)鍵的環(huán)境中需要仔細(xì)的驗(yàn)證。
　　CAN總線屬于總線型串行通信網(wǎng)絡(luò)，采用多主方式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)不受影響的繼續(xù)傳送，大大節(jié)省了總線的仲裁時(shí)間。此外，CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能。這種協(xié)議具有突出的可靠性，靈活性。CAN總線可以有效的避免總線碰撞，但要求網(wǎng)絡(luò)一定要同步，并且介質(zhì)要支持線與邏輯，另外，對(duì)不太需要優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，也不得不定義一個(gè)優(yōu)先級(jí)。CAN總線也不能保證數(shù)據(jù)在任何網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下都能滿足實(shí)時(shí)性要求，在用于時(shí)間關(guān)鍵的環(huán)境中也需要仔細(xì)的驗(yàn)證。
　　尋址方式對(duì)比
　　Profibus總線設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的通信是通過(guò)信道分為邏輯信道和物理信道進(jìn)行的。與應(yīng)用過(guò)程之間的通信是通過(guò)邏輯信道進(jìn)行的，它是設(shè)計(jì)階段中在通信關(guān)系表（CRL）內(nèi)被定義的。其所有參數(shù)列于通信關(guān)系表中。每個(gè)信道在CRL中有一個(gè)入口行，一個(gè)信道的所有CRL入口是通過(guò)通信關(guān)系（CR）*尋址的。一個(gè)站zui多可以產(chǎn)生應(yīng)用于不同情況的63個(gè)通信關(guān)系，可以多點(diǎn)廣播或廣播式發(fā)送或接收。
　　Worldfip 的尋址方式主要有：變量地址采用16位的全局邏輯標(biāo)識(shí)，廣播發(fā)送。消息數(shù)據(jù)地址采用24位的網(wǎng)絡(luò)地址包含網(wǎng)段地址和網(wǎng)段內(nèi)的站地址，支持同一網(wǎng)段內(nèi)的多播尋址。
　　Lonworks網(wǎng)絡(luò)地址可以有三層結(jié)構(gòu)：域、子網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)。每個(gè)域zui多有255個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)zui多有127個(gè)節(jié)點(diǎn)。域的結(jié)構(gòu)可以保證在不同的域中通信是彼此獨(dú)立的。任一節(jié)點(diǎn)可以分屬一個(gè)或兩個(gè)域，能將采集來(lái)的數(shù)據(jù)分別發(fā)向兩個(gè)不同的域。節(jié)點(diǎn)可以被分組，一個(gè)分組在一個(gè)域中跨越幾個(gè)子網(wǎng)，或幾個(gè)通道。分組結(jié)構(gòu)可以使一個(gè)報(bào)文同時(shí)為多個(gè)節(jié)點(diǎn)所接收。每個(gè)Lonworks設(shè)備有一個(gè)*的48位ID地址，類(lèi)似以太網(wǎng)的物理地址。
　　CAN系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)*的地址，總線工作時(shí)，給定的邏輯地址上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的含義是固定的。在CAN總線的規(guī)范中只定義了幀的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有定義有關(guān)發(fā)送和接收的信息。因此，消息標(biāo)識(shí)的值要依靠應(yīng)用確定。設(shè)計(jì)者可以自己定義標(biāo)識(shí)符的含義，將所需要的信息包含其中，消息的內(nèi)容被標(biāo)上*的標(biāo)識(shí)后，只有與此相關(guān)的節(jié)點(diǎn)才能識(shí)別并接收消息。
　　結(jié)束語(yǔ)
　　以上現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議各有千秋，但都面臨兼容性問(wèn)題，任一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線和其它現(xiàn)場(chǎng)總線都不易于互聯(lián)和互換?？捎脩魧?duì)統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求日益迫切，工業(yè)以太網(wǎng)便應(yīng)運(yùn)而生。工業(yè)以太網(wǎng)符合網(wǎng)絡(luò)控制特點(diǎn)—數(shù)字式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、互操作性、開(kāi)放性和高性能，具有大量的軟、硬件資源和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn);在以太網(wǎng)上層應(yīng)用的TCP/IP協(xié)議也較成熟，許多現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)向上支持工業(yè)以太網(wǎng)。