协议转换器
协议转换器
背景
计算机网络技术迅猛发展，建立了大量的多种多样的网络系统，导致各种网络之间如何互连的问题。一个办法是推行国际标准， 051网络体系结构及通信协议的国际标准已越来越成熟。但是，要把大量已存在的非051体系的网络都改造成051体系都采用标准协议存在着很多的困难，而且网络技术在不断发展，在进行标准化的同时随时产生多样化，因此考虑异构网络的互连通信大概永远不可避免。在这个基础上提出了协议转换器。
工业现场的许多设备采用的通信接口各不相同，常用的有RS-232、RS-485、CAN和网络,由于各种通信结构的协议不兼容，使得异构网络之间的操作和信息交换难以进行。常用的协议转换器只能完成点对点的转换,多种协议之间的相互转换还是一个研究热点。
定义
协议转换器是互连网络中操作在OSI网络层之上的具有协议转换功能的设施。之所以称为设施，是因为协议转换器不一定是一台设备，有可能在一台主机中实现协议转换器的功能。
协议转换是一种映射，就是把某一协议的收发信息(或事件)序列映射为另一协议的收发信息序列。需要映射的信息为重要信息，因此协议转换可以看作是两个协议的重要信息之间的映射。所谓重要信息和非重要信息是相对而言的，要根据具体需要加以确定，选择不同的重要信息作映射，会得到不同的转换器。
协议转换器也就是网关，它能使处于通信网上采用不同高层协议的主机仍然互相合作，完成各种分布式应用。它工作在传输层或更高。接口协议转换器一般用一个ASIC芯片就可以完成，成本低，体积小。它可以将IEEE802.3协议的以太网或V.35数据接口同标准G.703协议的2M接口之间进行相互转换。也可以在232/485/422串口和E1、CAN接口及2M接口进行转换。我们现有的协议转换器主要分为E1/以太网系列和E1/V.35系列。
一句话，“协议转换器用于构架网络连接，将一种协议转换为另一种协议”。
分类
E1/以太网协议转换器
现有的基于E1和以太网的协议转换器主要分为E1/以太网系列和E1/V.35系列。利用E1链路来传输以太网数据在现实中有着广泛的应用，由于E1与以太网的数据传输协议标准不一样，它们之间需要使用协议转换器来完成数据的转换。已经存在的E1/以太网协议转换器在转换数据时都是以整条E1的传输能力为基础。
它将以太网信号或V.35信号转换为E1信号，以E1信号形式在同步/准同步数字网上进行长距离传输。主要目的是为了延长以太网信号和V.35信号的传输距离，是一种网络接入设备。
协议网关通常在使用不同协议的网络区域间做协议转换。这一转换过程可以发生在OSI参考模型的第2层、第3层或2、3层之间。 但是有两种协议网关不提供转换的功能：安全网关和管道。由于两个互连的网络区域的逻辑差异， 安全网关是两个技术上相似的网络区域间的必要中介。如私有广域网和公有的因特网。
RS-232/485/CAN转换器
基于集中串口和不同协议的联合，主要有RS-232串口到2M转换器，RS-485/422串口到2MG.703转换器，RS-232到2ME1的转换器，CAN转232、485转换器、USB TO RS-232/485/422转换器等。
具有串行通信能力的设备仍然在控制领域、通信领域大面积使用，随着接入设备的增多，应用功能复杂程度的提高，传统的串行通信网络的缺点越来越明显,而采用RS232/CAN智能转换器，升级、改造或重新构建既有通信或控制网络，能够很方便地实现RS232设备多点组网、远程通信，特别是在不需要更改原有RS232通信软件的情况下，用户可直接嵌入原有的应用领域，使系统设计达到更先进的水平，在系统功能和性能大幅度提高的情况下,减少了重复投资和系统更新换代造成的浪费。
USB-RS232 接口转换器首要的功能是实现两种总线的协议转换。主机端可以使用新的 USB 总线协议，向外发送数据，转换器内部将数据格式转变为 RS232 串行信号，再发送到设备。设备回送主机的数据，则经转换器转变为 USB 协议数据。
USB-RS232 接口转换器在对所流经的数据进行协议转换时，可以增加特别的功能：
- 由于 USB 总线的速度比 RS232 接口快很多，可以在接口转换器上设计数据缓冲区，以协调两总线的速度差。
- RS232 接口有一些变种，如 RS485、RS422接口，接口转换器中可以设计 RS232-RS485 或是 RS232-RS422 接口转换器，简化整个系统的通信接口转换。
- 接口转换器在进行数据格式转换时，可以设计加密、解密算法，对流经的数据进行处理，提高系统的数据保密性。
基于现场总线的协议转换器
基于现场总线的研究，发现多种总线标准的竞争与共存在客观上在应用上造成了不便。
CAN总线协议和Modbus协议的结合，通过引用 Modbus 协议代替原自定义串口协议，将通信任务按读、写进行归纳分类，再用 Modbus 协议定义的标准功能码简化通信流程，提高效率，同时也使系统具备开放性，能方便的结成网络。Modbus协议是主从协议，而CAN总线协议是多主对等协议，这也就决定了所设计的协议转换器在Modbus网络中作为从站，而在CAN网络中作为发送优先级最高的节点。 [6]
Modbus和CAN协议转换原理：在DSP的RAM中划分Modbus报文和CAN报文的存储缓冲区(包含各自的输入和输出缓冲区)；协议转换器从Modbus主站收到的报文存入Modbus接收缓冲区，向主站返回应答时从CAN总线的接收缓冲区读取数据打包成Modbus应答报文的格式进行发送；协议转换器从Modbus接收缓冲区获取报文并存入CAN报文发送缓冲区，依据功能码进行发送分析，决定采用单次还是分次发送方式。总的来说，就是一种存储转发机制，这种机制首先考虑的是通信转换的可靠性，存储转换带来的延时直接导致通信实时性的降低。
应用
协议转换器常用于以下几种场合的异构网络互连：
- 异构型局域网，如互联专用交换网PBX与遵循IEEE802标准的局域网。
- 局域网与广域网的互联。
- 广域网与广域网的互联。
- 局域网与主机的互联（当主机的操作系统与网络操作系统不兼容时，可以通过网关连接）。
【通信协议转换器】
主要功能
◆ 实时数据采集和处理，不但可以实现串口、以太网、现场总线物理层的通信协议转换、同时在数据链路协议层的通信协议也可以相互转换；
◆ 具备将非标准通信协议转化为标准通信协议的功能，具有开放性的OPC接口；
应用方式
◆ 网络通信数据网关：支持SNMP协议的代理与服务，方便联网；
◆ 实时数据接口站：计量现场数据管理采集站；
◆ 楼宇IBMS系统设备集成网关：实现楼宇不同厂家设备与子系统连接；
◆ 电力数据通信网关：作为电力通信前置机实现规约转换；
数据处理
◆ PC-GATEWAY产品适用于不断更新且快速变化的数据及事件处理，能够以各种方式对数据库进行各种操作，包括：数据运算处理、历史数据存储、统计处理、报警处理、服务请求等。
◆ PC-GATEWAY产品利用实时技术为实时数据库提供时间驱动调度和资源分配算法，针对不同的应用需求和特点，采用L树索引技术、专用的内存分配和管理方法、数据字典和结构化的设计，并采用了多线程和并行处理方式等技术。
特点
◆ 支持串口、以太网、现场总线等多种通信方式；
◆ 提供端到端的“协议转发”方案，灵活可扩展通信口多达32个；
◆ 支持故障容错，集高可靠性、可扩展性、灵活性于一体；
◆ 支持多转多的协议转换模式，方便不同系统共享相同数据；
◆ 高效稳定的软件内核，高速数据交换通道；
◆ 支持OPC方式数据转换；
◆ 对于不便公开的保密协议，用户可利用驱动开发包自行开发采集设备的驱动程序；