高可靠網(wǎng)絡(luò)中實時性保障技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)字化進程的逐步推進，通信的實時性和確定性是其中關(guān)鍵性指標。高可靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為一個有力的載體，在工業(yè)控制領(lǐng)域一直得到重點關(guān)注，它將促使工業(yè)控制從傳統(tǒng)的模擬集中控制逐漸轉(zhuǎn)變到數(shù)字化分散控制，因而高可靠網(wǎng)絡(luò)中實時性、確定性保障技術(shù)也成為了重要的關(guān)鍵技術(shù)。在高可靠網(wǎng)絡(luò)中，可靠性、實時性、安全性和確定性是衡量高可靠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的四個重要指標。本文以高可靠網(wǎng)絡(luò)為研究對象，重點研究了在高可靠網(wǎng)絡(luò)中保障其實時性和確定性的關(guān)鍵技術(shù)。其主

2、要內(nèi)容和成果如下：
　　本文首先對高可靠網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀和保障其實時、確定通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述。闡述了典型的不同高可靠網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)及架構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀，依據(jù)不同指標，厘定各自應(yīng)用場景；描述了典型通信模式方案:隨機競爭、主/從問答、令牌等，針對不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)配，在通信模式選擇上給出建議。進一步深入分析各架構(gòu)和通信模式的合理性和可行性，結(jié)合主流的現(xiàn)場總線技術(shù)和實際應(yīng)用場景，給出各架構(gòu)的可行性原因。在此基礎(chǔ)上，進一步重點分析了高可靠網(wǎng)絡(luò)中保

3、障通信實時性和確定性的若干關(guān)鍵技術(shù)，還原技術(shù)實現(xiàn)細節(jié)，進一步探究各技術(shù)可行的根本原因。其中包括主流的工業(yè)總線CAN、ControlNet、EPA和ProfiBus在保證通信實時性和確定性方面的技術(shù)細節(jié)和技術(shù)實施方案。
　　在此過程中，針對CAN總線通信的不確定性問題，提出了一種新的基于CANBus的動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度策略，該策略是一種新的動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度策略，原理是基于節(jié)點參與處理器調(diào)度的頻率來動態(tài)調(diào)整其優(yōu)先級。為了驗證該策略，通過硬件

4、平臺測試和MATLAB仿真，創(chuàng)建該調(diào)度策略的軟件模型，完成編碼，分析論證其在高可靠網(wǎng)絡(luò)通信中可行性和適用性。從仿真結(jié)果分析來看，該調(diào)度策略的節(jié)點平均時延要大于原始CANBus，但是低優(yōu)先級參與仲裁的頻率明顯增加，特別是在系統(tǒng)負載較大時，該特點尤為明顯。最后擇取兩種工業(yè)的典型應(yīng)用:基于DeviceNet的主/從問答和基于ControlNet的隱式令牌，CANoe測試工具，通過測試節(jié)點通信的時延、丟包率和誤碼等網(wǎng)絡(luò)性能等，分別對這兩種方式的