工業(yè)以太網(wǎng)實時任務調度算法的研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在傳輸速率、協(xié)議標準、成本控制等方面都面臨著巨大的挑戰(zhàn)，已經(jīng)越來越難以滿足時代發(fā)展的需求。工業(yè)以太網(wǎng)因其具有極高的傳輸速率、統(tǒng)一的協(xié)議標準、較低的成本價格等優(yōu)勢，受到了國內外學者越來越多的關注。然而，工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹翱煽啃浴焙汀皩崟r性”不能得到保障，所以不能直接應用于網(wǎng)絡控制之中，于是工業(yè)以太網(wǎng)的實時性研究成為了熱點。
　　造成工業(yè)以太網(wǎng)不可靠性和低實時性的原因是由

2、于采用了CSMA/CD傳輸機制。數(shù)據(jù)在傳輸過程中若發(fā)生碰撞沖突則會進行退避處理，因此而產(chǎn)生時延。當連續(xù)發(fā)生多次沖突后則會丟棄數(shù)據(jù)，因此具有不可靠性。為了避免數(shù)據(jù)碰撞，采用時隙技術是較為主流的解決方案，該類以太網(wǎng)又可稱為時分調度以太網(wǎng)。
　　本文在時分調度以太網(wǎng)基礎之上提出了時分任務調度算法TDTS（Time Division Task Scheduling）：由于傳統(tǒng)的時分調度以太網(wǎng)不能對數(shù)據(jù)包生成過程進行控制，因此在數(shù)據(jù)包生成后

3、至時隙到來之前會產(chǎn)生一段排隊時延，尤其是時隙排序靠后的節(jié)點，其排隊時延較為明顯，節(jié)點中高優(yōu)先級任務的服務質量得不到保障，這些都會對網(wǎng)絡控制系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。本文將數(shù)據(jù)包生成過程與傳輸過程相結合進行建模與分析，通過對節(jié)點設備中任務數(shù)量和執(zhí)行時間的優(yōu)化與調度，來控制數(shù)據(jù)包的生成時間，使每個數(shù)據(jù)包生成后可以立即進行傳輸，在傳輸過程中也不會與其它節(jié)點發(fā)生碰撞沖突，從而解決了排隊時延和數(shù)據(jù)碰撞的問題，提高了控制系統(tǒng)的實時性和可靠性。
　　本

4、文又在四層交換技術基礎上提出了適于網(wǎng)絡控制的實時同步交換技術：隨著網(wǎng)絡控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷增長，節(jié)點數(shù)量越來越多，通訊內容越來越豐富，信息傳遞越來越頻繁，人們開始將網(wǎng)絡交換技術引入工業(yè)控制之中。但工業(yè)控制環(huán)境中通常存在著大量短幀結構的周期性實時數(shù)據(jù)。當網(wǎng)絡負載增加時，傳統(tǒng)的端對端交換技術會產(chǎn)生明顯的排隊時延，傳輸效率低，帶寬占用高。本文所提出的同步交換技術在非周期數(shù)據(jù)傳輸階段，對交換機各端口通信任務數(shù)量和執(zhí)行時間分別進行優(yōu)化與調度。而在周