交換式工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題研究.pdf

1、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化是未來(lái)工業(yè)控制領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)信息化和工業(yè)化的深度融合是“中國(guó)制造2025”對(duì)未來(lái)工業(yè)控制提出的新要求。多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)共存、數(shù)據(jù)通信速率慢、開(kāi)放程度低等問(wèn)題，是導(dǎo)致傳統(tǒng)的基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和集散控制的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不能適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的主要原因，基于交換式以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)工業(yè)控制領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。
　　本文針對(duì)將交換式以太網(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中存在的實(shí)時(shí)性不足的問(wèn)題展開(kāi)了一系列的研究，文中主要從交換機(jī)內(nèi)部

2、的調(diào)度機(jī)制和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行實(shí)時(shí)性增強(qiáng)設(shè)計(jì)，主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新成果如下：
　　(1)深入分析了影響交換式工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性不足的原因，歸納出交換機(jī)內(nèi)部對(duì)輸出端口緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的調(diào)度和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響實(shí)時(shí)性的最主要的因素，并從這兩個(gè)方面展開(kāi)了實(shí)時(shí)性增強(qiáng)設(shè)計(jì)；
　　(2)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)作為典型的匯聚網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)多端口向同一端口進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的傳輸時(shí)延，其實(shí)時(shí)性得不到有效的保證，針

3、對(duì)此問(wèn)題，本文創(chuàng)新性的提出了一種基于SPQ-WRR的二級(jí)混合調(diào)度機(jī)制，一級(jí)調(diào)度對(duì)三類(lèi)數(shù)據(jù)實(shí)行嚴(yán)格的優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略，二級(jí)調(diào)度對(duì)硬實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用FCFS調(diào)度策略，對(duì)大量的周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用WRR調(diào)度策略，并采用了仿真技術(shù)驗(yàn)證該調(diào)度機(jī)制的優(yōu)越性；
　　(3)相比較于傳統(tǒng)的排隊(duì)論思想不能客觀(guān)準(zhǔn)確的反映工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的傳輸情況，本文采用了基于確定性網(wǎng)絡(luò)演算理論來(lái)計(jì)算交換機(jī)在加載不同調(diào)度機(jī)制下的實(shí)時(shí)性能參數(shù)，給出了交換機(jī)在加載

4、FCFS、PQ和SPQ-WRR三種不同調(diào)度機(jī)制下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延上限和緩沖區(qū)大小的計(jì)算方法，為實(shí)時(shí)性能的分析提供了理論計(jì)算方法；
　　(4)針對(duì)多數(shù)文獻(xiàn)以減少網(wǎng)間數(shù)據(jù)流量，均衡網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流量的思想來(lái)進(jìn)行工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，沒(méi)有考慮到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的截止期問(wèn)題，本文以降低工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的端到端傳輸時(shí)延為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化分析，參照文中基于確定性網(wǎng)絡(luò)演算理論計(jì)算傳輸時(shí)延上限的方法，以二級(jí)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為模型，采用遺傳算法作為優(yōu)化工具