Giới thiệu công nghệ Gateway Technology 

Cổng kết nối, thiết bị kết nối, bộ chuyển mạch, Device Servers, Media Converters, Modems, Wireless… bạn không đơn độc. Việc truyền thông giữa 2 mạng khác nhau đang là thách thức.
Mô hình OSI
Trước hết, hãy bắt đầu với cách nhìn cơ bản cho truyền thông dữ liệu: mô hình OSI.

 

Truyền thông cơ bản nhất là chỉ sử dụng các thiết lập của mô hình OSI. Layer 1 đại diện cho mức thấp nhất, tức là đường giao tiếp vật lý và các tín hiệu điện của nó. Layer 7 là mức độ người sử dụng mô hình dữ liệu làm cho nó có thể cho hai thiết bị để trao đổi và hiểu dữ liệu trao đổi. Một ví dụ phổ biến là ngay cả khi chúng ta có thể nghe nói một người nào đó, chúng ta phải hiểu ngôn ngữ của anh ta để có thể hiểu được ý nghĩa của “dữ liệu”. Thiết bị sử dụng layer 7 phổ biến nói cùng một ngôn ngữ và có thể tự do trao đổi dữ liệu mà cả hai thiết bị hiểu nhau.
Một giao diện RS-232 cơ bản chỉ xác định Layer 1, đảm bảo rằng hai thiết bị RS-232 có thể được kết nối với nhau mà không có xung đột điện. Để có thể giao tiếp và giải thích dữ liệu giữa hai thiết bị, phần mềm giao thức bổ sung cần phải được thêm vào trong cả hai thiết bị, xác định các quy tắc giao tiếp và định dạng dữ liệu.
Giao thức CAN phổ biến được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng ô tô ngày nay, chỉ giao tiếp trên lớp 2. Bên trong xe ô tô, nhà cung cấp sử dụng CAN làm liên kết truyền thông, nhưng các nhà cung cấp bổ sung giao thức lớp 7 trên CAN để làm điều này dễ hiểu cho tất cả các nút giao tiếp bên trong xe. Bất kỳ nút CAN khác bên ngoài xe là không thể tham gia trong giao tiếp nếu không được thực hiện cùng một giao thức layer 7.
Trong các thiết bị thị trường công nghiệp từ các nhà cung cấp khác nhau cần phải được kết nối với nhau và do đó có một số giao thức mở layer 7 dựa trên nền CAN như DeviceNet và CANopen. Hai nút DeviceNet từ hai nhà cung cấp khác nhau có thể giao tiếp và trao đổi dữ liệu bởi vì chúng sử dụng cùng giao thức layer 7.
Ethernet và giao thức TCP / IP bao gồm layer 1-4 của mô hình OSI, trong đó cung cấp nhiều chức năng hơn và các tính năng hơn công nghệ CAN. Hai nút Ethernet có thể được kết nối với nhau để giao tiếp, nhưng TCP / IP chỉ cung cấp một cơ chế vận chuyển dữ liệu và thực hiện các nhiệm vụ dịch vụ như kết nối thiết lập, xử lý lại gửi nếu có của các bit truyền thông  bị hỏng. Tuy nhiên, 2 nút sử dụng Ethernet và TCP/IP chỉ có thể giao tiếp với nhau, nhưng chúng không hiểu nhau vì không sử dụng cùng ngôn ngữ, Layer 7 không được xác định bởi giao thức TCP/IP. Trên TCP/IP cần phải có các ứng dụng như SNMP, HTTP, FTP … để có thể trao đổi và xử lý bất kì dữ liệu từ mạng lưới nào. Tất cả những giao thức IT này được chuẩn hóa các giao thức layer 7. Trong lĩnh vực công nghiệp, có thêm các giao thức layer 7 thực hiện việc chuyển đổi dữ liệu thời gian thực. 2 ví dụ là EtherNet/IP (IP = Industrial Protocol) và Modbus-TCP đều sử dụng trên giao thức TCP/IP.

Media Converters & Repeaters

Media converters thông thường hoạt động trong khu vực Layer 1 và Layer 2 của mô hình OSI. Những gì chúng làm là có những tín hiệu điện từ một phương tiện truyền thông vật lý và chuyển đổi chúng thành một phương tiện truyền thông vật lý khác. Một ví dụ là 1 sự chuyển đổi RS-232 <-> RS-422 chuyển đổi lại định dạng tín hiệu điện giữa hai mạng này. Một ví dụ khác là chuyển đổi cáp Ethernet CAT5 100Mbit <-> bộ chuyển đổi 100Mbit.
Media converters được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khi đi từ phương tiện truyền thông vật lý này sang phương tiện khác nhưng chúng chỉ định dạng lại các tín hiệu, không cung cấp bất kì giá trị nào khác cho ứng dụng.
Khi tín hiệu đi dọc theo cùng một cáp mạng, làm suy thoái và trở nên méo mó trong một quá trình gọi là suy giảm. Nếu cáp đủ dài, sự suy giảm cuối cùng sẽ làm cho một tín hiệu không thể nhận ra. Repeater cho phép tín hiệu đi xa hơn. Nó hoạt động ở lớp vật lý của OSI để tạo lại các tín hiệu mạng và sau đó nó sẽ gửi lại các tín hiệu trên các phân đoạn khác.
Repater cơ bản được sử dụng để cho khoảng cách dài hơn giữa các nút mạng. Repeater nhận một tín hiệu điện yếu từ một phân đoạn, tái tạo nó, và vượt qua nó đến phân đoạn tiếp theo. Repeater không dịch hoặc lọc bất cứ điều gì. Để với một repeater làm việc, repeater phải tham gia cùng một phương pháp truy cập.

Bộ chuyển mạch Ethernet công nghiệp

Bộ chuyển mạch có thể coi là 1 bộ lặp thông minh. Chúng khuyếch đại tín hiệu của mạng vật lý nhưng chúng cũng cung cấp sự phân tích thông minh trên các gói dữ liệu nhận được. 1 bộ chuyển mạch Ethernet với công nghệ tiên tiến nhận thấy toàn bộ khung dữ liệu nó nhận được trên bất kì cổng nào. Nó bắt đầu với việc nhận diện rằng không có bit truyền thông nào bị ngắt bằng cách kiểm tra CRC . Nếu nó không đạt, khung dữ liệu sẽ bị loại bỏ. Nếu kiểm tra CRC thành công, bộ chuyển mạch sẽ nhìn ra địa chỉ đích và chuyển tiếp khung dữ liệu sang cổng có định địa chỉ.

Device Servers

Device Servers cũng như Bridges. Bridges hoạt động trong lớp 1-4 của mô hình OSI. Chúng thiết lập kết nối, truyền lại, xử lý lỗi dữ liệu …được trao đổi dễ dàng giữa các cây Bridges, nhưng vẫn còn dữ liệu được gửi như một đoạn dữ liệu vô danh. Lớp 4 không có cơ chế xử lý dữ liệu.
Đối với Ethernet, việc sử dụng Device Servers để nối giữa 2 mạng nối tiếp là phổ biến, như RS-232 đến Ethernet. Device Server có 1 gói giao thức TCP/IP hoàn thiện và khi nó liên kết với cổng nối tiếp, dữ liệu từ cổng đó được đóng gói trong 1 khung TCP/Ip và có thể được truyền qua Ethernet. Về điểm đến của Ethernet, dữ liệu nối tiếp chỉ xuất ra từ khung TCP/IP. Điều này nghe có vẻ giống như Media Converter nhưng thời gian và xử lý giao thức phức tạp được thực hiện bởi Device Server.
Nếu các thiết bị nối tiếp đang giao tiếp với một hệ thống máy tính, máy tính thông thường chạy phần mềm ứng dụng xử lý việc khai thác các dữ liệu nối tiếp từ khung TCP / IP. Phần mềm máy tính này sẽ tạo ra một cổng nối tiếp ảo trên máy tính được sử dụng với các ứng dụng hiện hành trên máy tính. Trong khi phương pháp này không thêm bất kì đặc tính mới nào cho ứng dụng cơ bản,giải pháp rõ ràng cho các thiết bị đi kèm và yêu cầu, nếu có thay đổi hoặc phần cứng hoặc phần mềm. Trong hầu hết các trường hợp, người dùng cuối không nhận thấy sự kết nối trực tiếp được thay thế bởi 1 kết nối ảo trên mạng Ethernet (IP).
trong ứng dụng này, Device Server cho phép thiết bị nối tiếp được đặt xa PC sử dụng mạng Ethernet để chuyển tải dữ liệu nối tiếp.

Nếu sử dụng 1 PLC là giải pháp chiếm ưu thế trong các ứng dụng công nghiệp, 2 Device Servers cần được sử dụng. 1 cái đóng thiết bị nối tiếp đóng gói dữ liệu nối tiếp trong khung TCP/IP và  cái khác đóng cổng nối tiếp của PLC giải nén lại dữ liệu để định dạng nối tiếp từ khung TCP / IP.

Device Servers làm việc trong các tin nhắn dựa trên mạng lưới nơi các gói dữ liệu mạch hở có thể được tái truyền đi trên một dạng khác của mạng lưới, duy trì cấu trúc và định dạng ban đầu của nó.
Tuy nhiên, hầu hết các mạng công nghiệp cũng đã kết hợp dữ liệu I/O gửi dữ liệu theo chu kỳ cho việc cập nhật nhanh chóng để đạt được dữ liệu truyền thông thời gian thực. Tất cả các giao thức này đòi hỏi phải có layer 7 xử lý làm cầu nối dữ liệu giữa hai mạng khác nhau.
Sự giới hạn khác của Device Servers là thiếu xử lý dữ liệu dựa trên web. Nhiều device servers có cấu trúc trong web server tĩnh cho việc tự cấu hình của Device Server, nhưng sự thật là cấp giao thức Layer 4 không thể xử lý giá trị dữ liệu làm cho nó không thể hiển thị dữ liệu từ 1 ứng dụng trên cấu hình xây dựng trên web server với SSI scripts hoặc Java applets.