工業通信網絡網關技術
本文主要解釋了“網關”，“設備服務器”，“轉換器”，“擴展模塊”... ...這些工業通信專業詞匯在概念上的區別，有助于用戶更好地選擇合適的產品。
1. OSI模型
開放式系統互聯模型（OSI）是1984年由國際標準化組織（ISO）提出的一個參考模型。作為一個概念性框架，它是不同制造商的設備和應用軟件在網絡中進行通信的標準?，F在此模型已成為計算機間和網絡間進行通信的主要結構模型。目前使用的大多數網絡通信協議的結構都是基于 OSI 模型的。OSI 將通信過程定義為七層，即將連網計算機間傳輸信息的任務劃分為七個更小、更易于處理的任務組。每一個任務或任務組則被分配到各個 OSI 層。每一層都是獨立存在的，因此分配到各層的任務能夠獨立地執行。
2. 轉換器和擴展模塊
轉換器通常工作在 OSI 模型的第 1 層和第 2 層。它們做的是將電氣信號從一個物理媒體轉移到另一個物理媒體。例如 RS-232 <-> RS-422 轉換器就是在這兩種不同電氣信號之間進行轉發。另一個例子是以太網 100Mbit CAT5 Cable <->100Mbit 光纖轉換器。 轉換器在工業場合種十分有用，可從一種物理媒體轉發至另一種，但僅僅是信號的轉發，而不進行任何應用層的附加功能。
當信號通過很長的電纜進行傳輸的時候，就會減弱和畸變，我們稱之為衰減。如果電纜長到一定程度，衰減最終會導致信號無法識別。擴展模塊就是用來使信號傳得更遠。它工作在 OSI 物理層來重新生成通訊信號并將其重發到其它網段。 擴展模塊主要用于延長網絡上節點之間的通訊距離。 擴展模塊將減弱的信號從一個段獲取并進行重新生成，然后轉送到下一個段。擴展模塊既不翻譯也不過濾任何信息。只有兩個段使用相同的訪問方法的時候才能使用擴展模塊。 例如，擴展模塊是不能連接一個使用 CSMA/CD ( 以太網 ) 的網段和一個使用令牌的網段。
3. 工業以太網交換機
交換機可看作為智能重復器。它們將物理層信號放大，但同時還提供對所接收包的智能分析。具有存儲和轉發技術的以太網交換機可查看收到的整個數據幀及其端口。先通過 CRC 校驗檢查通訊位是否被破壞，如果校驗錯誤則將這幀數據丟棄。如果 CRC 校驗成功，交換機將查看目的地址并將數據幀轉發至目的幀所在的端口。
4. 設備服務器/網橋
設備服務器也稱作網橋，網橋工作在 OSI 模型的 1-4 層。它進行連接建立、重發和錯誤處理等。數據可以方便地通過網橋進行交換，但是是以匿名數據塊進行發送的。第 4 層本身沒有數據處理機制。 對于以太網，設備服務器非常多地用于將串行網絡，例如 RS-232 橋接到以太網。設備服務器具有完整的 TCP/IP 協議棧，在它的串口側，串口數據封裝在 TCP/IP 幀中，然后通過以太網傳送。這聽上去有些像媒體轉換器，但設備服務器進行了更復雜的時序和協議處理。 如果串口服務器與基于 PC 的系統通訊， PC 通常運行應用軟件來從 TCP/IP 幀中提取數據。 PC 上的軟件將創建一個虛擬的串口用于與設備通訊。這種方式不需要向原有的應用添加任何新功能，就可將數據在 PC 和設備之間進行透明傳輸，既便需要對軟件和硬件進行改動，也非常少。大多數情況下，最終用戶看不到直接的串行連接，它已被以太網上的虛擬端口所取代。 使用這種方式，設備服務器可以實現將位于很遠的 PC 通過以太網與串行設備交換數據。
還有一種網橋能夠將串行接口數據轉換至某些現場總線，例如PROFIBUS。這聽上去與我們下面要討論的網關較為相似。但它的工作原理還是網橋，因為它不能夠對數據進行應用層的解析，而只是將串行報文整體作為PROFIBUS的數據進行轉發。這類網橋產品的缺點是其自身不能處理串行報文的幀格式和收發機制(如：掃描周期、超時時間、重發次數等)，而這些任務都需要現場總線的主站(如PLC)來完成。從而增加了總線的負擔，降低了實時性和可靠性。
5. 網關(7層網關)
網關可實現不同結構和協議的通訊之間的互聯。它們可以實現在不同網絡之間進行重新打包和格式轉換，因此一種網絡能夠理解其它網絡的應用數據。 網關將信息重新打包以符合目的系統的需要。網關能夠修改報文的格式因此可以符合接收端的應用程序。網絡通常用來連接兩個不可能使用相同通訊協議和數據格式的系統。
網關集成了 OSI 模型 1 至 7 層的全部內容。這就實現了真正意義上兩個網絡之間的數據翻譯和處理，并達到了真正聯接兩個網絡的目的。通過網關橋接以太網和其它協議，例如 DeviceNet, PROFIBUS 或簡單的串行協議，可以實現在內置 web 服務器中使用網絡數據，真正實現基于 web 的監測和控制。 關于將串口數據轉換至以太網或其它網絡，有必要進行進一步的解釋。事實上串口協議是不具備完整 7 層協議的，這使得數據連接有些困難。例如條碼閱讀器這種設備僅僅傳送內置于特定設備的 ASCII 數據。
6. 串行網關
將RS-232/422/485設備接入現場總線或工業以太網，可以由“串行網關”來實現。SIBOTECH串行網關利用數據緩存區的方式來解決轉換問題。從串行設備來的數據被映射到網關的本地存儲區中，通過一個配置工具軟件，網關可以定義在串行數據流中哪些字節是純數據而哪些是命令控制信息。被選中的純數據被映射到另一側網絡的第 7 層，因此可以被網絡上其它節點所接收和理解。
這種解決方案的一個很大好處就是網關相當于一個網絡設備，由于其內置了一個嵌入式網卡。這樣網關將所選擇的數據字節轉換為 PLC 和現場總線系統所能理解的格式。這樣串行設備就被看成為現場總線網絡上的其它設備(如I/O模塊)一樣。SIBOTECH 網關更高級的功能是它還可以通過 Modbus RTU 等協議主動地與設備進行控制和通訊，并將特定的數據連接到 PROFIBUS 或以太網等工業網絡上。它也可以被用于 web 網關位串口設備提供基于 web 的管理、監測和控制功能。
7. 網絡-網絡網關
隨著對工廠級網絡靈活性和多樣性需求的不斷增加，網絡之間的互聯顯得越來越重要。工業網關為聯接不同現場總線網絡提供了一種解決方案，無論是同在一個工廠或是與工廠以外。SIBOTECH網關系列是聯接任意兩種現場總線網絡的網關產品。
請瀏覽相關頁面了解如何使用SIBOTECH網關，簡單地實現 I/O 數據交換，將新舊網絡進行聯接并相互通訊。