场景限制：为什么我们还在用“半双工”？

在工业现场，受限于硬件条件只能跑半双工通信，那有没有办法做出“类滑动窗口”的效果，提升数据吞吐效率？

答案是：可以！但这不是传统意义上的滑窗，而是一种“伪滑动窗口”机制。

下面我们就来拆解这个问题，深入但不深奥：

场景限制：为什么我们还在用“半双工”？

在工业现场，很多设备仍然使用 RS-485、CAN总线 等半双工物理链路，原因包括：

• 布线简单，成本低；
• 抗干扰强，适合高电磁环境；
• 节点数量多，拓扑清晰；
• 控制逻辑往往是主从式（比如PLC控制传感器/执行器）。

但问题也很明显：

一问一答的“停等式”通信效率极低，尤其在高频数据采集、多点轮询时非常吃力。

能不能用“滑动窗口”思路提速？

在全双工网络中，滑动窗口协议靠连续发送+异步ACK+乱序缓存来提升效率。

但半双工下无法实现这三点，怎么办？

于是工程师们搞出了“伪滑动窗口”机制，它不一定满足传统协议的定义，但确实提升了数据处理效率。

伪滑动窗口的三种实践策略

1. 流水队列机制：打包+批处理

核心思路：一次性发送多个数据帧的组合包，用一个批次确认，减少“问-答”轮数。

示意：

1.1传统：

Master -> Frame1
<- ACK1
-> Frame2
<- ACK2

1.2伪滑窗式：

Master -> Frame1 + Frame2 + Frame3 + CRC

<- ACK(all)

优点：

• 减少握手次数；
• 多点轮询效率大幅提高；
• 适合数据量固定、时序可控的环境。

典型应用：

• Modbus RTU 多寄存器读写；
• PLC -> IO 模块的数据下发。

2. 主站控制的异步轮询+超时缓存

这个模式下，主站仍然是半双工主导者，但它采用非阻塞方式控制多个通信会话。

做法：

• 每发出一帧就记录时间戳和数据内容；
• 不等待响应，而是继续发下一个；
• 后续按时间或顺序接收ACK或响应；
• 遇到超时就重新插入待发队列。

这在逻辑上就像是个滑动窗口，只是窗口由软件状态机控制，而不是协议自动推进。

难点在于：

• 实现复杂度高；
• 易受串扰和掉帧影响；
• 严重依赖通信可靠性。

3. ACK合并机制：单点响应，多帧确认

部分协议（尤其定制协议）允许从站一次性确认多个数据帧。

比如：

Master -> Frame1
Master -> Frame2
Master -> Frame3
<- ACK(1,2,3 all OK)

这就像把多个ACK合并了，让滑窗在回应端优化而不是传输端，本质上是一种低成本“确认聚合”手段。

适用于：

• 数据包体小但频率高；
• ACK延迟不敏感的场景；
• 多点播报或周期采样型应用

注意事项：别滥用伪滑窗

• 可靠性第一，吞吐第二。不要为了提升速率，牺牲关键ACK或错误检测。
• 链路质量差的环境，尽量不要连续批量发数据，否则掉一个包，整个批次都作废。
• 优先在主从结构清晰、节点响应稳定的封闭系统中使用（比如内部CAN、RS485总线）。

总结一句话：

在半双工链路中，虽然无法实现“正宗”的滑动窗口协议，但通过批处理、状态控制、ACK合并等“伪滑窗”策略，也能在一定程度上提升吞吐效率。

在工业控制现场，硬件限制不可避免，但协议设计和软件调度仍有很多优化空间。