交換式工業(yè)以太網(wǎng)的實時性研究.pdf

1、隨著工業(yè)自動化技術和信息技術的不斷發(fā)展,建立統(tǒng)一開放的通訊協(xié)議、構建信息和控制一體化的網(wǎng)絡成為網(wǎng)絡控制系統(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)絡控制系統(tǒng)中應用的關鍵問題。為了能夠?qū)崿F(xiàn)基于以太網(wǎng)工業(yè)應用的實時通信,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)技術遵循CSMA/CD介質(zhì)訪問控制

2、方式,信息傳輸?shù)膶崟r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)技術能縮小甚至消除沖突域,提供更好的網(wǎng)絡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)絡時延問題,根據(jù)網(wǎng)絡中央節(jié)點設

3、備的不同,通過構建工業(yè)以太網(wǎng)模型,研究不同負載下網(wǎng)絡的性能,仿真結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)絡結構的交換式以太網(wǎng)的網(wǎng)絡時延,分析了不同負載下兩種拓撲的實時性能,證明了樹型交換式以太網(wǎng)良好的實時性能。 第三,介紹了IEEE802.1p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。