犐犆犛２５．０４０

犖１０

中華人民共和國國家標準化指導性技術文件

犌犅／犣２６１５７．３—２０１０

測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信

工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線

類型２：犆狅狀狋狉狅犾犖犲狋和犈狋犺犲狉犖犲狋／犐犘規(guī)范

第３部分：數(shù)據(jù)鏈路層

犇犻犵犻狋犪犾犱犪狋犪犮狅犿犿狌狀犻犮犪狋犻狅狀犳狅狉犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犪狀犱犮狅狀狋狉狅犾—

犉犻犲犾犱犫狌狊犳狅狉狌狊犲犻狀犻狀犱狌狊狋狉犻犪犾犮狅狀狋狉狅犾狊狔狊狋犲犿狊—

犜狔狆犲２：犆狅狀狋狉狅犾犖犲狋犪狀犱犈狋犺犲狉犖犲狋／犐犘狊狆犲犮犻犳犻犮犪狋犻狅狀—

犘犪狉狋３：犇犪狋犪犾犻狀犽犾犪狔犲狉

（ＩＥＣ６１１５８：２００３ＴＹＰＥ２，ＭＯＤ）

２０１１０１１４發(fā)布２０１１０６０１實施

中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局

發(fā)布

中國國家標準化管理委員會

書

中華人民共和國

國家標準化指導性技術文件

測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信

工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線

類型２：犆狅狀狋狉狅犾犖犲狋和犈狋犺犲狉犖犲狋／犐犘規(guī)范

第３部分：數(shù)據(jù)鏈路層

ＧＢ／Ｚ２６１５７．３—２０１０

中國標準出版社出版發(fā)行

北京復興門外三里河北街１６號

郵政編碼：１０００４５

網(wǎng)址：ｗｗｗ．ｇｂ１６８．ｃｎ

服務熱線：０１０６８５２２００６

２０１１年６月第一版

書號：１５５０６６·１４２６５５

版權專有侵權必究

書

犌犅／犣２６１５７．３—２０１０

目次

前言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅲ

引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅳ

１范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２ＭＡＣ幀!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２．１格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２．２前同步碼!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

２．３分隔符!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

２．４字節(jié)和排序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

２．５源ＭＡＣＩＤ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

２．６所有Ｌｐａｃｋｅｔｓ總的大小!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

２．７循環(huán)冗余校驗!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

２．８異常中止ＭＡＣ幀!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

３Ｌｐａｃｋｅｔ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

３．１格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

３．２大小!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

３．３控制!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

３．４標簽!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

３．５鏈路數(shù)據(jù)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

４協(xié)調器Ｌｐａｃｋｅｔ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

４．１格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

５建模語言（資料性的）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６

６外部接口!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

６．１發(fā)送服務!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

６．２隊列維護服務!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

６．３標簽過濾管理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

６．４接收服務!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

６．５網(wǎng)絡同步服務!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

６．６同步參數(shù)變化!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

６．７事件報告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

６．８無效ＣＲＣ指示!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

６．９當前協(xié)調器指示!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

６．１０上電!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

６．１１啟用協(xié)調器!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

６．１２只聽!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

７訪問控制機（ＡＣＭ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

８ＴｘＬＬＣ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４３

９ＲｘＬＬＣ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４９

１０發(fā)送機（ＴｘＭ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５３

Ⅰ

書

犌犅／犣２６１５７．３—２０１０

１１接收機（ＲｘＭ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５９

１２并行串行轉換器!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６８

１３串行并行轉換器!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７１

１３．１字節(jié)構造!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７１

１３．２ＣＲＣ校驗!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７１

１３．３幀處理結束!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７１

１４ＤＬＬ管理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７１

圖１ＮＵＴ結構!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅳ

圖２在調度時段的介質訪問!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅴ

圖３非調度期間的介質訪問!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅴ

圖４數(shù)據(jù)鏈路層內部結構!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅶ

圖５與ＩＳＯ／ＯＳＩ模型的關系!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

圖６ＭＡＣ幀格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

圖７在傳輸期間異常中止一個ＭＡＣ幀!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

圖８Ｌｐａｃｋｅｔ格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

圖９固定標簽Ｌｐａｃｋｅｔ格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

圖１０通用標簽Ｌｐａｃｋｅｔ格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

表１數(shù)據(jù)鏈路層組件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅵ

表２固定標簽服務定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

表３ＤＬＬ事件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

Ⅱ

犌犅／犣２６１５７．３—２０１０

前言

ＩＥＣ６１１５８：２００３《測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線》包括了１０種現(xiàn)場總線類型：

———類型１：ＩＥＣ技術報告；

———類型２：ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ；

———類型３：ＰＲＯＦＩＢＵＳ；

———類型４：ＰＮｅｔ；

———類型５：ＦＦＨＳＥ；

———類型６：ＳｗｉｆｔＮｅｔ；

———類型７：ＷｏｒｌｄＦＩＰ；

———類型８：Ｉｎｔｅｒｂｕｓ；

———類型９：ＦＦＡＬ；

———類型１０：ＰＲＯＦＩＮＥＴ。

本標準化指導性技術文件修改采用ＩＥＣ６１１５８：２００３《測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用

現(xiàn)場總線類型２：ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ和ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ規(guī)范第３部分：數(shù)據(jù)鏈路層》。

由于ＩＥＣ６１１５８系列標準將１０種現(xiàn)場總線技術混合在一起進行編寫，不便于國內的工程技術及相

關人員對各種總線技術的閱讀和理解，因此全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術委員會在采用國際標

準時，只采用了其中在國內有廣泛應用的類型２：ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ和ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ規(guī)范的相關技術內容，并

根據(jù)技術開發(fā)人員的習慣將其分為１０個部分進行編寫。在技術內容上與國際標準沒有差異，為方便我

國用戶使用，在文本結構編排上進行了適當調整，并按ＧＢ／Ｔ１．１的要求進行編寫。

ＧＢ／Ｚ２６１５７《測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線類型２：ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ和Ｅｔｈｅｒ

Ｎｅｔ／ＩＰ規(guī)范》分為如下１０個部分：

ＧＢ／Ｚ２６１５７．１一般描述；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．２物理層和介質；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．３數(shù)據(jù)鏈路層；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．４網(wǎng)絡層及傳輸層；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．５數(shù)據(jù)管理；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．６對象模型；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．７設備行規(guī)；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．８電子數(shù)據(jù)表；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．９站管理；

ＧＢ／Ｚ２６１５７．１０對象庫。

本指導性技術文件為第３部分。

本指導性技術文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。

本指導性技術文件由全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術委員會（ＳＡＣ／ＴＣ１２４）歸口。

本指導性技術文件起草單位：機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所、清華大學、西南大學、北京鋼

鐵設計研究總院、中國儀器儀表協(xié)會、中國機電一體化技術應用協(xié)會、上海自動化儀表股份有限公司、上海

工業(yè)自動化儀表研究所、上海電器科學研究所（集團）有限公司、羅克韋爾自動化研究（上海）有限公司。

本指導性技術文件主要起草人：鄭旭、梅恪、陳開泰、王錦標、彭瑜、劉楓、包偉華、夏德海、董景辰、

阮于東、李百煌、王春喜、王玉敏。

Ⅲ

犌犅／犣２６１５７．３—２０１０

引言

數(shù)據(jù)鏈路層（ＤＤＬ）的主要任務是與同一鏈路上的其他數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)作，來決定允許在介質上進行

發(fā)送的授權。在其與上層的接口，ＤＤＬ為網(wǎng)絡層、傳輸層和站管理提供服務數(shù)據(jù)單元（ＳＤＵ）接收和交

付的服務。

ＤＤＬ協(xié)議基于一個稱為網(wǎng)絡更新時間（ＮＵＴ）的固定的、重復的時間周期。ＮＵＴ在鏈路上所有的

節(jié)點中保持嚴格的同步。如果一個節(jié)點的ＮＵＴ與當前鏈路上使用的ＮＵＴ不一致，則該節(jié)點不允許在

介質上發(fā)送。不同的鏈路可能有不同的ＮＵＴ。

每一節(jié)點都含有與本地鏈路的ＮＵＴ同步的定時器。介質的訪問由本地ＮＵＴ細分而成的訪問槽

來決定。對媒體的訪問是基于節(jié)點的ＭＡＣＩＤ的排序順序進行的。為了允許一個臨時的ＭＡＣＩＤ為

零的節(jié)點執(zhí)行鏈路維護，在訪問協(xié)議中加入了特定的行為。一個鏈路上所有節(jié)點的ＭＡＣＩＤ號都是唯

一的。ＤＬＬ一旦檢測到重復的ＭＡＣＩＤ，則立即停止發(fā)送。

一種隱性的令牌傳遞機制用來授權訪問介質。每一節(jié)點監(jiān)測接收的每一ＭＡＣ幀的源ＭＡＣＩＤ。

在ＭＡＣ幀的結束，每一ＤＬＬ將一個“隱性令牌寄存器”設置為等于所接收的源ＭＡＣＩＤ的ＭＡＣＩＤ＋

１。如果隱性令牌寄存器等于本地ＭＡＣＩＤ，則該節(jié)點就可以發(fā)送一個ＭＡＣ幀。在其他情況下，該節(jié)

點或者等待來自“隱性令牌寄存器”所指定的節(jié)點的一個新ＭＡＣ幀，或者等待一個超時值，如果指定節(jié)

點發(fā)送失敗的話。無論哪種情況，“隱性令牌”都自動地增量到下一個ＭＡＣＩＤ。所有節(jié)點的“隱性令牌

寄存器”都含有相同的值，以避免介質上的沖突。

超時周期（稱為“時隙時間”）基于以下所需時間的總和：

當前節(jié)點偵聽到前一節(jié)點的發(fā)送的結束；

當前節(jié)點開始發(fā)送；

下一節(jié)點偵聽到當前節(jié)點發(fā)送的開始；

時隙時間被調整以補償介質的總長度，因為介質的傳播延遲會影響以上所列的第一項和最后一項。

注：時隙時間的計算在ＧＢ／Ｚ２６１５７．９—２０１０站管理中規(guī)定。

每個ＮＵＴ分為三個主要部分：調度的，非調度的和維護段，如圖１所示。這一序列在每一ＮＵＴ中

重復。隱性令牌傳遞機制用于在調度的和非調度的時間間隔內授權訪問介質。

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

圖１犖犝犜結構

在ＮＵＴ調度的部分，從節(jié)點０開始到節(jié)點ＳＭＡＸ結束的每一節(jié)點，都有一個機會發(fā)送對時間有

嚴格要求（調度）的數(shù)據(jù)。ＳＭＡＸ是在ＮＵＴ調度的部分能訪問介質的最高編號節(jié)點的ＭＡＣＩＤ。在每

一ＮＵＴ中，０到ＳＭＡＸ之間的節(jié)點只有一次機會發(fā)送調度的數(shù)據(jù)，且每個節(jié)點在調度的時段內對介質

的訪問機會是均等的。這允許在ＮＵＴ調度的部分發(fā)送的數(shù)據(jù)以可預知和確定的方式進行傳送。圖２

顯示了在調度時段內如何授權允許發(fā)送。網(wǎng)絡層和傳輸層調節(jié)在這調度的令牌傳遞期間每一節(jié)點可以

Ⅳ

犌犅／犣２６１５７．３—２０１０

發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

圖２在調度時段的介質訪問

在ＮＵＴ非調度的部分，從０到ＵＭＡＸ的每一節(jié)點都享有以循環(huán)的方式發(fā)送對時間無嚴格要求的

數(shù)據(jù)的機會，直到所分配的ＮＵＴ時間用盡。ＵＭＡＸ是在ＮＵＴ的非調度部分能訪問介質的最高編號

節(jié)點的ＭＡＣＩＤ。從０到ＵＭＡＸ的每一節(jié)點可能有零個、一個或多個傳送非調度數(shù)據(jù)的機會，這取決

于調度的時段完成后此ＮＵＴ還剩多少。每一ＮＵＴ中，在非調度時段內訪問介質的機會對每一節(jié)點可

能會不同。圖３顯示了在非調度時段內如何授權允許發(fā)送。對每一ＮＵＴ來說，在ＮＵＴ的非調度部分

的起始節(jié)點的ＭＡＣＩＤ每次加１。非調度的令牌從前一協(xié)調幀的非調度起始寄存器（ＵＳＲ）所規(guī)定的

ＭＡＣＩＤ開始。ＵＳＲ以ＵＭＡＸ＋１為模每一ＮＵＴ加１個模。如果ＵＳＲ在維護段之前達到了

ＵＭＡＸ，則它返回到０，令牌傳遞繼續(xù)。

圖３非調度期間的介質訪問

Ⅴ

犌犅／犣２６１５７．３—２０１０

當?shù)竭_維護段時，所有節(jié)點停止發(fā)送。如果一次發(fā)送不能在維護段開始前完成，則該節(jié)點不被允許

開始這一發(fā)送。在維護段期間，具有最低ＭＡＣＩＤ的節(jié)點（稱為“協(xié)調器”）發(fā)送一個維護信息（稱為“協(xié)

調幀”），它完成以下兩件事情：

———保持所有節(jié)點的ＮＵＴ定時器同步；

———發(fā)布關鍵的鏈路參數(shù)，使得本地ＤＬＬ組的所有成員能夠共享重要ＤＬＬ值的共同版本，如

ＮＵＴ、時隙時間、ＳＭＡＸ、ＵＭＡＸ等。

協(xié)調器發(fā)送協(xié)調幀，重新同步所有節(jié)點并重新啟動ＮＵＴ。接收一個有效的協(xié)調幀后，每一節(jié)點將

其內部值與協(xié)調幀所發(fā)送的值相比較。使用與協(xié)調器不一致的鏈路參數(shù)的節(jié)點自己不能工作。如果在

兩個連續(xù)的ＮＵＴ內沒有收到協(xié)調幀，則最低ＭＡＣＩＤ的節(jié)點擔當起協(xié)調器的角色，在第３個ＮＵＴ的

維護段開始發(fā)送協(xié)調幀。協(xié)調器節(jié)點一旦發(fā)現(xiàn)另外的節(jié)點在線并發(fā)送其ＭＡＣＩＤ比自己的還低的幀

時，則立即取消自身的協(xié)調器角色。

可能引起ＤＬＬ訪問協(xié)議中斷的典型情況包括：

———鏈路上引入的噪聲；

———質量低劣的電纜或終端器；

———網(wǎng)絡正在運行時物理地將兩個鏈路連接在一起。

這一中斷的通常結果是可能會造成節(jié)點間在哪個節(jié)點該發(fā)送問題上的不一致，這稱為網(wǎng)絡的“非合

作”。當節(jié)點不符合相同的鏈路配置參數(shù)時會出現(xiàn)另一個潛在的問題。一個與協(xié)調器發(fā)送的鏈路參數(shù)

不一致的節(jié)點稱為“游離節(jié)點”，并立即停止發(fā)送。ＤＬＬ訪問協(xié)議將企圖修復一個游離節(jié)點，并使其回

到在線。

在數(shù)據(jù)鏈路層中，訪問控制機（ＡＣＭ）主要負責檢測和修復網(wǎng)絡中斷。ＡＣＭ的主要任務是：

———確保本地節(jié)點檢測及充分地利用協(xié)議中分配給它的槽；

———確保本地節(jié)點不會干擾其他節(jié)點的發(fā)送，特別是協(xié)調器節(jié)點；

———無論協(xié)調幀是否收到，按時啟動下一ＮＵＴ；

———如果本地節(jié)點是協(xié)調器，則嚴格地按時發(fā)送每一協(xié)調幀。

數(shù)據(jù)鏈路層由表１的組件構成：

表１數(shù)據(jù)鏈路層組件

組件描述

訪問控制機（ＡＣＭ）接收和發(fā)送控制幀及頭部信息，決定發(fā)送的時間表和持續(xù)時間

發(fā)送ＬＬＣ（ＴｘＬＬＣ）緩沖來自站管理、網(wǎng)絡層和傳輸層的ＳＤＵ，決定下一個要發(fā)送的