确定性工业以太网的研究

以太网通信延迟具有不确定性,这个问题成为它在工业实时控制应用中的主要障碍,通过对现有实时工业以太网实现方法的比较与分析,进一步详细讨论了精确时钟协议,得出结论IEEE1588为解决跨冲突域工业以太网的确定性问题提供了有效方案.     

基于RTLinux的实时以太网研究

首先论述了以太网的应用和实时化改进技术;然后在研究造成网络通信延迟的三个因素的基础上,提出了基于RTLinux的实时以太网的实现技术,具体描述了其关键技术,包括多队列数据交换机制、基于地址映射表的缓冲区管理机制和数据帧小型化机制。     

确定性工业以太网的研究

以太网通信延迟具有不确定性,这个问题成为它在工业实时控制应用中的主要障碍,通过对现有实时工业以太网实现方法的比较与分析,进一步详细讨论了精确时钟协议,得出结论IEEE1588为解决跨冲突域工业以太网的确定性问题提供了有效方案。     

Profibus DP协议在以太网上的实现研究

讨论了Profibus DP协议功能在以太网上实现的可行性,对基于以太网的实时协议进行了改进.改进的实时协议基于以太网数据链路层的LLC子层,使以太网可以适应实时通讯的要求能够应用于设备级,并且与已经存在的Profibus DP现场总线上的应用保持了兼容性.还介绍了协议的实现和性能分析.     

基于以太网的控制系统时间同步机制研究

全双工交换式以太网技术使得基于以太网的网络化控制进一步向工业现场领域延伸,成为继现场总线之后工业控制应用和研究的热点课题;在网络诱导延迟、周期抖动等不利因素的情况下,为了实现预期的实时调度,必须考虑如何保证精确的分布式时钟同步问题;在给出了一种基于全双工交换式以太网并采用类似总线型拓扑的网络化控制结构后,对其网络延迟特性、时钟同步机制及算法进行了详细分析,最后给出了时钟同步的设计和实现方法以及方案的有效性分析.     

基于EPL的分布式时钟同步方法

工业以太网协议Ethernet POWERLINK (EPL)分布式站点的时钟同步方法并不能在实时运行过程中保持很高的同步精度,无法满足特定环境下的控制要求;研究了工业以太网协议EPL的两种时钟同步机制,通过数理计算分析了时钟同步误差产生的原因,针对误差较大的缺点,提出了减小误差的方法;通过迭代计算消除了主从站同步报文往返的路径延迟,并设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的集线器(Hub)用于EPL菊花链网络拓扑结构,有效地克服了时钟同步报文往返传输延时不一致的缺点,测试结果表明新方法明显优于协议自身的时钟同步方法,对于实现基于EPL的高精度分布式时钟同步网络具有重要意义.     

实时以太网:I/O层超高速以太网

EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是德国倍福(Beckhoff)最新提出的开放式实时以太网。EtherCAT使用了标准的以太网技术并即将公布其协议，因此它确定了网络开放性的新标准。同时，由于它可在30μs内通过双绞线或光纤电缆处理1000个数字量I／O，从而也确定了实时以太网性能的新标准。EtherCAT为用户在使用网络拓扑结构时提供了选择，即采用传统的、价格更加昂贵的星型拓扑结构或者是采用低成本的总线型拓扑结构一无需昂贵的专用组件。EtherCAT使用的是市场上非常普遍且经济的以太网卡（NIC)，而其它的实时以太网则往往需要特殊且昂贵的以太网卡。     

嵌入式以太网实时性能仿真研究

由于应用场合的固有特点,嵌入式以太网有区别于普通局域网的基本特征,计算机局域网时延分析的一般结论并不完全适用,必须根据嵌入式应用的基本特征具体分析其时延特性.分析了影响以太网实时性能的主要因素和嵌入式以太网的基本网络特征,建立了嵌入式以太网的仿真模型,采用动态仿真方法具体分析了各种网络参数对嵌入式以太网链路延迟的影响.     

工业以太网中IEEE802.1p优先权调度协议改进

以交换式工业以太网网络控制系统为研究对象,针对采用IEEE 802.1p优先权调度的交换机内部排队延迟,提出了调度改进构想,对硬实时数据流和非硬实时数据进行区别处理.构建了一个典型的树形拓扑交换式以太网模型,计算了优先权调度改进后周期性实时数据帧在各个传输环节的最大延迟,同时推导了优先权调动改进方案应满足的基本条件.最后通过OPNET软件进行了仿真验证,结果表明IEEE 802.1p优先权调度协议改进可以提高工业以太网中硬实时数据传输的实时性.     

实时网络通信协议的设计与实现

介绍了一种针对嵌入式软件的分布式仿真测试平台.说明了DSTP的体系结构和软件基本功能,然后分析了该分布式平台对实时网络的需求并介绍了该平台采用的星型实时网络的拓扑结构.在此基础上设计了具有三层结构的实时网络通信协议,介绍了3种主要的数据传输过程.最后对该实时网络通信协议的性能进行了定性分析,并总结了全文.     

基于网络演算计算交换式工业以太网中的最大时延

为保证周期性实时数据在交换式工业以太网中的服务质量,在交换机中引入非抢占式的优先级调度方法,并在源节点对进入网络的非周期数据流进行漏桶管制;基于网络演算理论推导了交换机对不同类型数据的服务曲线;针对一个树型拓扑的交换式工业以太网模型,利用所推导出的结论计算了实时数据的最大网络时延.     

基于网络演算的交换式以太网实时特性分析

交换式以太网在网络控制系统中的应用关键问题是实时能力,为此采用一种新型实时性能分析工具——网络演算,对交换式以太网实时能力进行确定性的分析和研究。针对FIFO调度算法,对两级树型拓扑结构的交换式以太网系统建立了通信模型,推导出各网络元素的到达曲线和服务曲线,由此得到了最大时延、所需缓冲区大小、输出突发量等实时业务流的主要参数解析表达式;利用推导所得结论计算了实时业务流的最大网络时延。     

ARM的嵌入式以太网通信分析与实时性改进

为了避免以太网通信中大量短帧数据包引起通信阻塞问题,LwIP 协议栈采用了 Nagle 算法和延迟 ACK 策略提高以太网通信效率.嵌入式以太网通信以短帧数据包为主,Nagle 算法和延迟 ACK 策略大大降低了通信的实时性,这在单向数据传输的应用中尤为明显.本文将 LwIP协议栈中的延迟 ACK定时器独立出来,并提出了一种基于数据统计的自适应延迟 ACK定时算法,该算法可以根据上位机发送数据包的周期自主修改延迟 ACK 定时器周期.最后设计了通信实时性测试实验,证实了延迟 ACK定时周期可以在1 s 左右跟踪上位机的数据发送周期,自适应的定时周期约为发送周期的80%~100%,且通信延迟小于1 ms,该改进在保证 ARM使用效率的前提下提高了以太网通信的实时性.     

基于Ethernet技术的安全关键实时网络

随着实时计算技术日益广泛应用于航空航天、国防及交通运输等安全关键领域,多类型的同步实时、异步实时和非实时网络传输需求给现场网络提出了新的目标和挑战,其中安全关键实时网络的实现方式与调度分析是需要解决的关键问题.在分析、总结现有COTS网络技术不足之处的基础上,基于事件触发与时间触发,提出了一种基于Ethernet技术的高可靠实时通信协议E&TTE(event- and time-triggered Ethernet),使实时网络不但具有较高的灵活性,而且具有较好的可预测性.为证明E&TTE协议的合理性与可行性,建立了网络调度模型,进行了全局调度分析,并通过具体实例进行了例证.E&TTE协议的提出,满足了安全关键实时网络的多种传输需求,同时也可广泛应用于工业现场控制网络.     

主从交换式以太网中跨多Switch传输消息实时调度研究

针对FTT-SE协议在单Master多交换机的网络扩展结构中存在的消息跨多Switch传输调度问题,给出了消息在每个基本调度周期内到达各交换机输出端口时间的计算方法,提出了单EC内的消息可调度性判定算法,并对算法的可行性进行了证明。在此基础上,设计了基于EDF的消息实时调度算法和准入控制算法。通过确定消息在每个基本调度周期内到达各交换机输出端口时间,所提出的调度算法能针对COTS交换机输出端口的FCFS消息传输机制,实现对单EC内消息传输的精确控制和调度。相对已有的调度算法,仿真实验表明,所提出的算法能更有效地利用网络带宽,提高了主从交换式以太网通信的实时性。     

COTS Switch工业以太网实时调度算法

针对基于商用现成组件技术（Commercial Off-The-Shelf,COTS）的交换式以太网不能满足工业数据通信的实时性要求问题,给出了改进的FTT（Flexible Time-Triggered communication paradigm）网络调度模型,提出了新的周期性实时消息链路可调度性优化判定方法,在此基础上设计了一种基于EDF（Earliest Deadline First）的实时调度算法。算法通过对网络消息流量进行有效控制防止交换机缓冲区溢出,同时充分发挥网络在同一时间存在多个并行传输链路的优势,提高了网络实时性。仿真实验表明该算法在提高网络的聚合带宽、减小消息的平均等待延时和丢失率方面均有明显的优势。     

基于OPNET的交换式以太网实时性仿真分析

以太网的通信不确定性是其应用于实时性要求较高的工业控制系统中的障碍.交换式以太网的出现使这一问题得到了改善.研究了传统以太网和交换式以太网的网络时延问题,根据网络中央节点设备的不同,通过构建工业以太网模型,研究不同负载下网络的性能仿真结果表明了交换式以太网良好的实时性能.     

实时以太网系统中控制与通信的协同调度方法

为了提高实时以太网系统的运行效率和通信实时性,在EPA（Ethernet for Plant Automation）确定性通信调度的基础上,提出了控制与通信的协同调度方法。该方法将EPA设备的通信宏周期划分成通信时间片和控制时间片,在系统中设置定时器,在通信时间片或控制时间片到达时,由定时器引发中断,在执行中断处理程序时获取当前时间,根据当前时间位于通信时间片内或控制时间片内来分别执行通信任务或控制任务。实验结果表明,该方法能够有效避免功能块的无效执行和数据的无效传输,提高系统的运行效率和通信实时性能。