交換式工業(yè)以太網(wǎng)的實時性問題研究.pdf

1、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化是未來工業(yè)控制領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，實現(xiàn)信息化和工業(yè)化的深度融合是“中國制造2025”對未來工業(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、開放程度低等問題，是導(dǎo)致傳統(tǒng)的基于現(xiàn)場總線和集散控制的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不能適應(yīng)未來發(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)是未來工業(yè)控制領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。
　　本文針對將交換式以太網(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中存在的實時性不足的問題展開了一系列的研究，文中主要從交換機內(nèi)部

2、的調(diào)度機制和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩個方面進行實時性增強設(shè)計，主要的研究內(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)實時性不足的原因，歸納出交換機內(nèi)部對輸出端口緩沖區(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)是影響實時性的最主要的因素，并從這兩個方面展開了實時性增強設(shè)計；
　　(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行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作時，會導(dǎo)致部分實時數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的傳輸時延，其實時性得不到有效的保證，針

3、對此問題，本文創(chuàng)新性的提出了一種基于SPQ-WRR的二級混合調(diào)度機制，一級調(diào)度對三類數(shù)據(jù)實行嚴(yán)格的優(yōu)先級調(diào)度策略，二級調(diào)度對硬實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)采用FCFS調(diào)度策略，對大量的周期性實時數(shù)據(jù)采用WRR調(diào)度策略，并采用了仿真技術(shù)驗證該調(diào)度機制的優(yōu)越性；
　　(3)相比較于傳統(tǒng)的排隊論思想不能客觀準(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)演算理論來計算交換機在加載不同調(diào)度機制下的實時性能參數(shù)，給出了交換機在加載

4、FCFS、PQ和SPQ-WRR三種不同調(diào)度機制下實時數(shù)據(jù)傳輸時延上限和緩沖區(qū)大小的計算方法，為實時性能的分析提供了理論計算方法；
　　(4)針對多數(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)流量的思想來進行工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，沒有考慮到實時數(shù)據(jù)的截止期問題，本文以降低工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的端到端傳輸時延為目標(biāo)進行優(yōu)化分析，參照文中基于確定性網(wǎng)絡(luò)演算理論計算傳輸時延上限的方法，以二級樹形網(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