交換式工業(yè)以太網(wǎng)與時(shí)間觸發(fā)CAN總線系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性研究.pdf

1、實(shí)時(shí)性是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一.目前,國內(nèi)外學(xué)術(shù)組織和自動(dòng)化廠商紛紛開始了工業(yè)以太網(wǎng)的研究,并提出了基于Ethemet+TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),而這些標(biāo)準(zhǔn)并沒有針對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層提供完美的實(shí)時(shí)性解決方案,因此對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)性能研究是十分必要的. 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)微積分理論對(duì)陣列式以太網(wǎng)交換機(jī)建立了NC(Network Calculus)模型,并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性給出了工業(yè)數(shù)據(jù)流的到達(dá)曲線和交換機(jī)的服務(wù)曲線.基于該模型導(dǎo)出了以太網(wǎng)交換

2、機(jī)的傳輸延遲邊界以及滿足該延遲邊界的緩存需求邊界值.這些結(jié)論為交換式工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了理論指導(dǎo). 針對(duì)交換機(jī)傳輸可靠性和輸出緩存調(diào)度延遲問題,提出了一種延遲擔(dān)保型的窗口帶寬分配策略.該策略基于窗口流控原理,將信用元閉環(huán)引入到交換機(jī)內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠交換.在對(duì)交換機(jī)建立網(wǎng)絡(luò)微積分模型的基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了滿足數(shù)據(jù)流最大傳輸延遲所需的信用元數(shù)量,進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)中硬實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的延遲擔(dān)保型傳輸.

3、 針對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共同競爭交換機(jī)資源的情況,基于IEEE802.1p,提出了一種雙通道工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)模型.該模型在交換機(jī)內(nèi)部建立了實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)邏輯通道來實(shí)現(xiàn)區(qū)分服務(wù).為了提高實(shí)時(shí)通道的實(shí)時(shí)性和非實(shí)時(shí)通道的公平性,分別給出了MR-WRR和I-DWRR兩種改進(jìn)的調(diào)度算法.為了驗(yàn)證所提模型和調(diào)度算法的有效性,應(yīng)用PC機(jī)、多端口網(wǎng)卡zx346Q和Linux等軟、硬件資源設(shè)計(jì)了一臺(tái)雙通道仿真工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)