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

1、實時性是工業(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)并沒有針對數(shù)據(jù)鏈路層提供完美的實時性解決方案,因此對其進行實時性能研究是十分必要的. 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)微積分理論對陣列式以太網(wǎng)交換機建立了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)流的到達曲線和交換機的服務(wù)曲線.基于該模型導(dǎo)出了以太網(wǎng)交換

2、機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)計和實施提供了理論指導(dǎo). 針對交換機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)引入到交換機內(nèi)部,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠交換.在對交換機建立網(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,進而對數(shù)據(jù)流進行帶寬分配,實現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)中硬實時數(shù)據(jù)流的延遲擔(dān)保型傳輸.

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