0 1 0 1 1 1 0
11、假设有一个10,000个字符的文件以2400bps的速率经过一条线路传送。
（1）如果使用异步传输，试计算其额外开销有多少比特及其传输时间。假设每个字符包含有一个起始比特、一个1比特长的停止单元以及该字节本身的8个比特。这8个比特字符完全由数据比特组成，无检验比特。
解答：每8个比特数据需要2个bit额外开销。所以总共额外开销=10000÷8×2=2500bit；传输时间=（10000÷8×10）÷2400=5.2秒
（2）如果使用同步传输，试计算其额外开销有多少比特及其传输时间。假设数据以帧传送，每个帧包含了1000个字符，也就是8000比特，以及48个控制比特的额外开销。 解答：每8000个比特数据需要48个bit额外开销。所以总共额外开销=（Int（10000÷8000）+1）×48=96bit；传输时间=（10000+96）÷2400=4.2秒
12、假设有一个100,000个字符的文件以2400bps的速率经过一条线路传送。
（1）如果使用异步传输，试计算其额外开销有多少比特及其传输时间。假设每个字符包含有一个起始比特、一个1比特长的停止单元以及该字节本身的8个比特。这8个比特字符完全由数据比特组成，无检验比特。
（2）如果使用同步传输，试计算其额外开销有多少比特及其传输时间。假设数据以帧传送，每个帧包含了1000个字符，也就是8000比特，以及48个控制比特的额外开销。 解答：（1）每8个比特数据需要2个bit额外开销。所以总共额外开销=100000÷8×2=25000bit；传输时间=（100000÷8×10）÷2400=52秒 解答：（2）每8000个比特数据需要48个bit额外开销。所以总共额外开销=（Int（100000÷8000）+1）×48=624bit；传输时间=（100000+624）÷2400=42秒
13、假设文件长度为10,000个字符，数据率为9600bps的速率经过一条线路传送。
（1）如果使用异步传输，试计算其额外开销有多少比特及其传输时间。假设每个字符包含有一个起始比特、一个1比特长的停止单元以及该字节本身的8个比特。这8个比特字符完全由数据比特组成，无检验比特。
（2）如果使用同步传输，试计算其额外开销有多少比特及其传输时间。假设数据以帧传送，每个帧包含了1000个字符，也就是8000比特，以及48个控制比特的额外开销。 解答：（1）每8个比特数据需要2个bit额外开销。所以总共额外开销=10000÷8×2=2500bit；传输时间=（10000÷8×10）÷9600=1.3秒 解答：（2）每8000个比特数据需要48个bit额外开销。所以总共额外开销=（Int（10000÷8000）+1）×48=96bit；传输时间=（10000+96）÷9600=1.05秒
14、IEC61158通信接口被多种现场总线（如FF-H1、Profibus-PA）作为物理层标准，它有哪两条主要功能，采用何种协议编码，这种编码方案应用在网络中有什么好处？
IEC61158.2用于实现现场设备与总线之间的连接，其基本功能是为现场总线设备与传输媒体的连接提供机械和电气接口，为现场总线设备对总线的访问提供合乎规范的信号。采用协议数据编码，这种编码的优点是在每个时钟周期的中间，都必然会存在一次电平的跳变，接收端利用位中间脉冲跳变很容易分离出同步时钟信号，也就是说，发送端发出的数据编码中隐含了同步时钟，因此不必另外设置同步信号。
15、IEC61158通信接口为现场设备提供哪两种2种供电方式，各种供电方式的应用场合有何区别？
IEC为现场设备提供两种供电方式：总线供电和非总线供电。总线供电是现场设备直接从总线上获得工作能源；非总线供电是总线上的现场设备，其工作电源来自外部电源，而不是取自总线。在总线供电的场合，总线既要传送数字信号，又要向现场设备供电。
16、IEC61158通信接口的传输速率是多少？传输媒体有哪些？
按照IEC61158.2标准，传输速率为31.25kbps，IEC61158.2支持的传输媒体包括：双绞线、多芯电缆、光缆和无线媒体。
17、叙述IEC61158通信接口标准中传输距离与传输导线的对应关系。
在传输速率为31.25kbps时，下表列出了传输距离与传输导线的对应关系
传输距离与传输导线的对应关系
线缆类型 A B C D 名称 屏蔽双绞线 屏蔽多对双绞线 屏蔽多对双绞线 屏蔽多芯电缆 传输速率 31.25kbps 31.25kbps 31.25kbps 31.25kbps 最大传输距离 1900m 1200m 400m 200m 18、现场总线的物理层可选用的传输技术主要有三种，分别为IEC61158.2传输技术、RS-485传输技术和光纤传输技术，分别描述各自的主要特性。
IEC61158.2传输技术：用于实现现场设备与总线之间的连接，其基本功能是为现场总线设备与传输媒体的连接提供机械和电气接口，为现场总线设备对总线的访问提供合乎规范的信号。作为机械接口，由于现场总线的传输媒体一般为两根导线，如双绞线，因而其机械接口相对较为简单。功能分为发送和接收两种，物理层作为工业现场的电气接口，还具备电气隔离、信号滤波、总线供电等功能。
RS-485传输技术：允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性；采用两线差分平衡传输，使用一对双绞线，大多数RS-485的端口连接采用半双工通信方式。有多个驱动器和接收器共享一条信号通路，只用一对差分平衡线路
标准 项目 最大传输距离 最大传输速率 驱动器最小输出（V） 驱动器最大输出（V） 接收器敏感度（V） 最大驱动器数量 最大接收器数量 电气特征类型 RS-485 1200m（速率100kbps） 10Mbps（距离12m） ±1.5 ±6 ±0.2 32单位负载 32单位负载 平衡 光纤：光纤的传输距离仅受波长的影响，衰减率极低，同时为了更有效增大传输距离，一般都采用1.55μm零色散波长光纤，同时利用掺饵光纤放大器作为接收机的前置放大器或在光纤线路中作为中继器，可使光纤的传输距离为几十公里，甚至上百公里。光纤采用的是光谱技术，没有泄漏信号的现象，也不受电磁波和高频失真的影响，使它更适合有危险的、
高压的或者泄漏信号、干扰信号很强的环境。
19、开放网络技术的一种新的解决方案是采用生产者/用户（Producer/Consumer）数据传输模式，请解释这种模式，并与源/目的模式做出比较。
解答：源/目的模式是以通信节点地址为中心的编码方式，适合于点对点的通信。源/目的模式采用应答式通信，数据帧中必须包含源地址和目的地址。如果网络要向多个设备传送数据，则需要对这些设备分别进行“呼”、“应”通信，即使是同一数据，也需要传送多次，从而增加了网络的通信量，造成网络带宽的浪费和网络效率的降低，但这种模式的可靠性较高。
生产者/用户（producer/consumer）模式是以数据为中心的编码方式，生产者在网络上发出一个数据帧后，用户便可根据其中的标识符来判断是否消费该数据。生产者/用户模式允许网络上的所有节点同时从单个数据源获取相同的数据，可以实现点对点、多点和广播通信。
生产者/用户模式下，当一个设备欲给其它多个设备发送同一信息时，这个设备只需发送一次数据，其它设备便都能接收到该数据，也不需要重复地发送，从而可节省大量的时间，提高网络效率。另外，在这种模式下，节点可以实现精确的同步化；系统的组织方式也可以很灵活，能够组成主/从、多主或对等的通信结构。
生产者/用户模式的格式与常用的源/目的格式的比较如图所示。
源地址目的地址数据校验标识符数据校验（a）源/目的模式（b）生产者/用户模式
3-15 源/目的模式与生产者/用户模式20、测控通信网络系统中，通过网络传输的应用信息一般归类为三种，分别是周期性数据、事件性数据和关键性数据。给出它们的定义，并举例说明。
21、试画出IEC建议的现场总线通信模型与ISO/OSI参考模型之间的关系，并说明这样分层的目的和优点。
IEC建议的现场总线通信模型使
应用层用了ISO/OSI七层参考模型的三
用户层层，即物理层、数据链路层、应表示层系用层。省去了ISO/OSI参考模型
统会话层应用层七层中的3~6层，即不具备网络管网传输层理层、传输层、会话层与表示层。络数据链路层不过它又在原有ISO/OSI参考模网络层管理型第7层之上增加了新的一层—
数据链路层—用户层。这样可将通信模型视物理层物理层为四层，其中物理层规定了信号
如何发送；数据链路层规定如何在设备之间共享网络和进行调IEC现场总线协议模型ISO/OSI参考模型度通信；应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以
及请求应答中的信息格式。用户层则用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备描述，实现网络管理、系统管理等。TS61158总线标准充分考虑了测控自动化系统的特
点，是一个不同于IT技术、具有崭新框架的通信协议，可广泛应用于过程控制、制造自动化等领域。
22、试画出发布/预订接收型调度通信的链路结构，说明调度数据的存储方式和传递方法。
LAS内有一张预定调度时间表
总线LAS（STL，Schedule Time List），一旦
CD(a)DT(a) 调度到了某台设备要发送信息的时间， a bLAS就发送一个强制数据令牌
Data a Data a Data a c（CD，Compel Data token）给这台 d发布方预订接收方中性节点预订接收方设备。该设备收到了这个CD令牌后，就可以向总线上发送它的信
息。如图3-18所示，LAS发出CD（a），设备a收到后，就立即将其缓冲区中的数据，以数据帧DT（a）形式向连接在总线上的所有设备进行广播，数据将被在系统组态时设定的接收设备接收。发送数据的设备称为发布者（publisher），而接收数据的设备称为预订接收者（subscriber）。
23、定义并比较三个变量：行走时间，循环时间及传播延迟时间。
节点1发完数据并且经过一定的传播时间后，主机就向节点2发出探询分组。再经过一定的传播时间，探询分组到达节点2。节点2要识别这个探询分组（即根据探询分组的地址捕捉到这个探询分组），则又需要一些时间。上述这几种时间之总和即为ω2，它代表节点1把发送权转交给节点2所需的时间；ω2也称为行走时间（walk time）。 这样，轮询全部节点一周所用的时间，就是各节点的发送时间ti与行走时间ωi的总和（图4-5），我们将这个时间称为循环时间，并记为tc。 播延迟时间分组从发送端发出，到达接收端所需要的时间，它跟传输的信号和媒体有关。 24、（4.2节行走时间L的计算）。
设主机向各节点发出的探询帧为定长（如帧长为48bit），则探询帧的发送时间tp亦为定长，N 个节点共需时间 Ntp。又设每个节点识别探询分组平均需时间ts，N个节点共需时间Nts。再设各节点沿多点线路均匀分布，而主机到最远的节点N的单程传播时间为τ，整个探询系统的行走时间L为：
25、在轮叫探寻系统中，现假设N＝10，节点间的距离为500km，传播延迟为10μs/km，ts＝10ms，线路容量C＝2400bps，探询帧长为48bit。试求整个探询系统的行走时间L。当分组长度服从指数分布，其平均长度l/μ＝1200bit时。算出当ρ＝0时、ρ＝0.5时的W。 解：根据已知条件，得主机到最远的节点N的单程传播时间τ＝500×10×10-5(s)＝50ms。 这时，整个系统的传播延迟为(10+1)×50＝550ms。 由线路容量C和探询帧长度，可得tp＝48/2400(s)＝20ms
代入4-14式算出 L＝N*tp+N*ts+（N+1）*τ=200+100+550=850ms＝0.85s 若分组长度服从指数分布，由（4－13）式可得：
当ρ＝0时，W＝L/2＝425ms＝0.425s
当ρ＝0.5时，W＝0.85×(1-0.5/10)/[2×(1-0.5)]+1200×0.5/[2400×(1-0.5)]=0.71s
26、传递探询的系统中，现假设N＝10，节点间的距离为500km，传播延迟为10μs/km，ts＝10ms，线路容量C＝2400bps，探询帧长为48bit。试求整个探询系统的行走时间L。当分组长度服从指数分布，其平均长度l/μ＝1200bit时。算出当ρ＝0时、ρ＝0.5时的W。计算L 和算出当ρ＝0时、ρ＝0.5时的W。
解：主机到最远的节点N的单程传播时间τ＝500×10×10-5(s)＝50ms 由（4－15）式，L=Nts+2τ得L＝10×10+2×50＝200ms＝0.2s 若分组长度服从指数分布，由（4－13）式可得：
当ρ＝0时，W＝L/2＝100ms＝0.1s
当ρ＝0.5时，W＝0.2×(1-0.5/10)/[2×(1-0.5)]+1200×0.5/[2400×(1-0.5)]=0.37s
27、 CAN 帧的位流采用非归零码（NRZ）方法编码。这意味着，在整个位时间内维持有效电平，要么为显性，要么为隐性。其缺点是：在连续出现数值相同的位较多时，没有用于各个网络节点同步的边沿。CAN总线采用什么方法克服这一缺点，请简述其原理。
帧起始、仲裁场、控制场、数据场和 CRC 序列中使用了位填充，即发送器在5个相同极性的位后插入一个相反极性的附加位。于是，使用附加沿的后同步就可以进行了。
28、 怎样理解CAN总线的非破坏性总线仲裁技术？
CAN总线是使用的无损仲裁方式（即你所指的非破坏性仲裁）：就是当两个或者以上的不同ID节点“同时”向总线发送数据时候，优先级最高的就能直接发送，优先级低的就自动退回，等待空闲时候再向总线发送数据，所以对于优先级最高的节点来说“发送时间”就是无损的。（相对来说以太网就不是这种模式，是每一个节点都要退回来，随机一个时间再发送出去，没有优先级的意思，所以从理论概念上说实时性差一些）
29、 CAN 协议采用 CSMA/CA 方法进行媒体访问控制。假设当前总线上有三个节点需要使用总线，它们的标识符分别是①；②；③。试在下图中画出三个参与者的仲裁过程和仲裁过程中的总线电平。
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