1、問題的提出

隨著計算機技術，微電子技術和通信技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多種聯(lián)網技術，并有多種網絡架構共同存在。雖然近年來，以TP/IP和ETHERNET為代表的成熟的開放式聯(lián)網技術，在科學研究、信息處理等方面展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢，但是單一的網絡連接方式，面對目前更多應用領域聯(lián)網所要求的高帶寬速率、高可維護性、高可靠性仍顯力不從心，尤其在網絡失效保護、網絡控制管理等方面存在較多問題。

由此，利用傳統(tǒng)的串口通信聯(lián)網技術，配合現(xiàn)有的C/S開放聯(lián)網模式，低成本拓展構建安全高效的雙層網絡平臺，成為解決上述問題的一種嘗試性方案。

2、雙層網絡的基本模式

所謂雙層網絡，實際上是將“網絡控制信息”與“網絡數據信息”分離，在各個計算機結點之間形成控制信息流與數據信息流分離的雙層通訊通道。其中，數據流傳遞依靠目前流行的以TCP/IP和ETHERNET為代表技術的高速網絡架構，而控制信息流則主要依托靈活的串行聯(lián)網技術解決。

當然，這種雙層網絡的模式還是區(qū)別于計算機內部數據總線與控制總線分離模式的。雙層網絡對于其網絡間傳遞的數據并不是絕對意義上得分類傳送，而是在非失效狀態(tài)下的分類傳送，即在單一網絡連接失效，或者某層網絡體系面臨癱瘓威脅時，雙層網絡的安全運行機制將利用剩余的網絡鏈路進行備援式工作，對數據進行混合傳遞，以保障網絡應用的持續(xù)性。

應該特別指出的是，雙層網絡是“并行”意義上的雙層網絡，并不是把以太設備與串行設備的簡單連接。其中，控制信息和數據信息也不是絕對劃分的，控制信息更多是指用于管理和控制設備的信號，更多的保障通訊的控制信息仍和網絡數據一起混合傳送。

雙層網絡平臺有如下特點：

·實現(xiàn)信息流分離
·網絡局部冗余
·屬于物理上的安全網絡
·多種聯(lián)網技術并存

當然，雙層網絡平臺中的每一層都使用同一種聯(lián)網技術，進行完全意義上的冗余配置，也是可行的，其效益將體現(xiàn)在易用性上，但其在建設成本和系統(tǒng)廣泛兼容方面將失去一些優(yōu)勢，因此不作為雙層網絡架構的主要推薦模式。

另一方面，不使用控制信息與數據信息分流技術，僅利用傳統(tǒng)的成熟的通信協(xié)議，配合雙層網絡的物理架構，針對現(xiàn)有的網絡需求，在眾多領域已經有較為廣泛的應用前景。但這種應用方式沒有深入地挖掘雙層網絡架構的傳送優(yōu)勢，尤其是在網絡正常運行的狀態(tài)下，遠未達到網絡的運行的最高效率。

3、利用串口技術構建控制層面的理論依據

利用串口通信聯(lián)網技術構建控制層，是雙層網絡平臺應用的重要技術特點，也是雙層網絡平臺展現(xiàn)其應用優(yōu)勢的保障。

1）串口聯(lián)網技術日益成熟

從RS-232到RS-422、再到RS-485，串行通信標準在不斷得向前發(fā)展，通信距離短，速率低已不再成為影響串口通信應用的缺陷。相反，串口聯(lián)網技術已經解決了多點雙向的傳輸問題，已經成為一種極為經濟，并具有相當高噪聲抑制、傳輸速率、傳輸距離和寬共摸范圍的通信技術。

由于RS-485串行總線與持長距離、高傳輸率和較強的抗干擾能力，所以應用于控制系統(tǒng)中十分可靠穩(wěn)定的。

根據系統(tǒng)工作環(huán)境要求和系統(tǒng)可靠性要求，可以靈活調整傳輸參數，尤其是利用對傳輸波特率的調整，可以在傳輸距離和傳輸速率之間找到平衡點，以達到更高的應用要求。

2）低成本高兼容性擴展

采用串口聯(lián)網技術構建雙層網絡平臺中的控制層面，不需要對現(xiàn)有計算機進行大規(guī)模改造，即可實現(xiàn)立即聯(lián)網，而針對其它多種串口設備的立即聯(lián)網則更為容易。即使有多種串行接口存在于同一網絡上，它們之間的轉換也十分方便。特別對于那些實時系統(tǒng)，不需要中斷運行，也可以實現(xiàn)網絡升級。

3）現(xiàn)有串口聯(lián)網設備的支持

使用串口技術建立雙層網絡平臺，是十分方便快捷的，因為已經有許多成熟的串口聯(lián)網設備為之提供支持。較為成熟的產品有嵌入式串口網絡接入設備、串口電源開關管理服務設備、串口聯(lián)網服務器、網絡共享器以及路由器設備。也就是說對于串口聯(lián)網硬件設備而言，是相當成熟的。

4、雙層網絡平臺的運行失效保護。

失效保護是雙層網絡平臺的重要運行機制，主要解決網絡運行故障保護問題。眾所周知，在許多應用領域內，對網信平穩(wěn)運行的要求非常高。對于單一鏈路網絡，一旦受損，即使能迅速啟動備援系統(tǒng)，也不可能實現(xiàn)完全意義上的透明過度。

而雙層網絡的架構就很好的解決了這個問題。一旦基于TCP/IP的鏈路受損，甚于串行接口的網絡即可接替其承擔信息傳遞任務。同樣，基于TCP/IP的鏈路也可以作為控制信息傳遞的后備鏈路。當然，網絡運行在失效保護狀態(tài)時，其傳輸能力將明顯下降，此時可對受損網絡進行維護，以盡快使用網絡正常運行。

5、目前存在諸多應用問題

1）信息流分離與合并

構建雙層網絡平臺，尤其重要的是數據信息與控制信息的分離與合并。正常運行的網絡中兩種數據是分離的，而非正常運行的網絡中，兩種數據是合并的。由此，需要對通信協(xié)議作一定擴展性研究，要求在失效狀態(tài)下啟用特定的協(xié)議作為通信的規(guī)則保障。

2）監(jiān)控的設置

對于監(jiān)測網絡的正常，即要求網絡中的兩層相互檢測。而對于其實現(xiàn)，可以有軟件和硬件兩種方式。其中軟件監(jiān)測主要針對端口狀態(tài)進行，而硬件監(jiān)測主要通過對數據流的檢查進行。至于網絡切換當然要依據監(jiān)測的結論實施。

6、相關技術的展望

雙層網絡，主要是針對一些網絡運行的特殊要求提出的解決方案。由于其網絡架構的冗余性，雖然在一定程度上提高了網絡運行成本，但其對于網絡穩(wěn)定性的提高是顯而易見的，因此在許多領域都有著非常廣闊的應用前景，特別是在產業(yè)自動化控制領域。

我們主要討論了建立雙層網絡平臺的嘗試性方案。雙層網絡的實際應用還有待于通訊協(xié)議和相關聯(lián)網設備的完善，而目前實際應用中的多種聯(lián)網技術和網絡架構更多的是一種網絡層技術上的相互連接。這里討論的雙層網絡問題，更多的是基于信息流的研究，這對于提高網絡安全將更為有利。尤其需要指出的是，更深層次上的對數據流與控制流的研究，將對網絡拓撲的更新與發(fā)展有很大的促進。