探析交換式工業(yè)以太網(wǎng)的實時性研究

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1、太原科技大學(xué)碩士學(xué)位論文交換式工業(yè)以太網(wǎng)的實時性研究姓名：宮麗寧申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：計算機應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：徐玉斌20080701中文摘要隨著工業(yè)自動化技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，建立統(tǒng)一開放的通訊協(xié)議、構(gòu)建信息和控制一體化的網(wǎng)絡(luò)成為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)急待解決的問題。工業(yè)以太網(wǎng)具有通信協(xié)議簡單、開放性良好等特點，是解決上述問題的有效方法，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。確定性和實時性問題是工業(yè)以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵問題。為了能夠?qū)崿F(xiàn)基于以太網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用的實時通信，通信的時延必須被限制在一個可以接受的范圍內(nèi)。共享式以太網(wǎng)技術(shù)遵循CSMA／cD介質(zhì)訪問控制方式，信息傳輸?shù)膶崟r

2、性和確定性都無法得到保證。以太網(wǎng)的實時通信不確定性是阻礙其應(yīng)用于實時性要求較高的工業(yè)控制系統(tǒng)中的障礙，而交換式以太網(wǎng)的出現(xiàn)使這一問題得到了改善，交換式以太網(wǎng)技術(shù)能縮小甚至消除沖突域，提供更好的網(wǎng)絡(luò)帶寬和更好的實時性。本文首先簡要闡述了工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展歷史和背景知識，并從工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點出發(fā)指出了以太網(wǎng)所具有的優(yōu)勢和存在的問題。其次，研究了傳統(tǒng)以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)時延問題，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中央節(jié)點設(shè)備的不同，通過構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)模型，研究不同負載下網(wǎng)絡(luò)的性能，仿真結(jié)果表明了交換式以太網(wǎng)良好的實時性能。通過仿真實驗，得出線型和樹型兩種不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交換式以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)時延，分析了不同負載下兩種

3、拓撲的實時性能，證明了樹型交換式以太網(wǎng)良好的實時性能。第三，介紹了IEEE802．ip標準及其在交換機中的隊列特性，通過對以太網(wǎng)通信時間延遲的分析，針對交換式以太網(wǎng)的排隊延遲，采用合適的調(diào)度算法減少排隊延遲以改進交換式工業(yè)以太網(wǎng)的實時性。在對幾種典型調(diào)度算法進行研究與比較的基礎(chǔ)上，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)控制過程的傳輸數(shù)據(jù)特點，通過設(shè)置合理的信息優(yōu)先級，本文采用一種改進的混合通信調(diào)度策略?；谠撜{(diào)度策略，分析了交換式以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)時延，并采用OPNET仿真軟件進行了仿真，分析和仿真結(jié)果表明，該算法進一步提高了網(wǎng)絡(luò)的實時性能，更有效地保證了實時信息的傳輸。關(guān)鍵詞：交換式工業(yè)以太網(wǎng)；實時性；網(wǎng)絡(luò)時延；O

4、PNET仿真ResearchonReal．timePerformanceforSwitchedIndustrialEthernetGraduateName：GongLi—ning(ComputerAppliedTechnology)Directedby：XuYu—binABSTRACTAstheincessantdevelopmentoftheindustrialautomationandinformationtechnology,buildingaunifiedexotericcommunicationprotocolandnetworktOearlyouttheamalgamati

5、onofcontrolnetworkandinformationnetworkcomesastheurgentproblemforNetworkControlSystem．IndustrialEthemetnetworkistheeffectivemeanstosolvetheaboveproblemwiththeadvantageofsimplycommunicationprotocolandopeningproperty．ThereforeithasbecomethedevelopmentdirectionoftheNetworkControlSystem．Thereal．time

6、performanceanddeterminationoftransmissionarethekevoftheindustrialEthernetintheNetworkControlSystem．Inordertorealizethereal．timecommunicationoverindustrialEthemet，onemustbeabletomakethedelaytimewitllinanacceptableIimit．SharedEthemetisfollowedCS刪CDMAC．SOthereal．timeperformanceanddeterminationoftra

7、nsmissionhasnoassurances．TheapplicationofEthemetinindustrialcontrolsystemswithhighspecificationinrequirementofreal—timeperfofinanceislimitedbecauseofitsindeterminacyinrealtimecommunication．Thisdemerithasbeenovercomeduetothea