EPA跨网段延迟自适应实时调度算法研究

针对EPA网络只支持网段内的实时数据传输而不支持跨网段的实时数据传输问题,提出了一种EPA跨网段延迟自适应实时调度算法;分析了EPA跨网段数据传输过程,给出了EPA跨网段数据传输延迟模型;通过对EPA跨网传输报文的过滤规则的改变,以及对非周期数据声明报文的改造,实现了跨网数据的实时传输。     

EPA网络控制系统时延特性分析

EPA（Ethernet for Plant Automation）通过微网段划分和确定性调度策略解决了以太网的非确定性问题,实现了信息的实时传输。作为一种实时网络控制系统,网络时延特性是影响EPA控制性能的关键因素。在分析EPA信息结构和信息传输规律的基础上,研究了EPA微网段中信息传输网络时延的构成和各部分子时延的特性。通过分析确定性调度策略,对网络时延各部分中最重要的通信调度管理实体排队时延部分进行了重点研究,推导了周期报文和非周期报文排队时延的数学表达式,还建立了确定周期报文发送时间片和非周期报文发送时间片的数学模型。最后通过一个实例对相关分析进行了验证,找到了制约EPA网络时延特性的关键因素并提出了解决方案。     

基于EPA的工业自动化网络延迟分析及改善

设法减少各种延迟是提高工业控制网络实时性的主要途径.深入讨论了EPA网络的传输通信以及节点处理的延迟,采用过程分析法研究了影响EPA网络响应时间的各种因素,探讨了不同因素对基于EPA的工业控制网络实时性能的影响程度,比较得出影响EPA实时性能的主要因子.通过对延迟影响因素的可控和不可控性能的分析,给出了控制和改善EPA实时性能的有效方法.     

基于跨层设计的无线传感器网络MAC协议

针对占空比MAC协议存在端到端传输延迟问题,提出一种新的占空比MAC协议——PRMAC。PRMAC通过跨层路由信息帧的提前传送可以调度数据包在一个周期内多跳传输,从而降低网络延迟,提高能量有效性。NS-2仿真结果表明,PRMAC在没有牺牲能量有效性的情况下,改进了传统占空比协议的端到端传输延迟,并能提高网络吞吐量。     

基于数据重排序的无线传感器网络低延时节能MAC协议

节能,是无线传感器网络最关注的问题之一.让节点进行周期性的侦听与睡眠是一种常用的节能机制.但是,这种节能机制在数据报的传输过程中会引入较长的端到端延时,而且延时与整个周期的长度成正比.提出了一种应用于无线传感器网络的低延时的节能MAC协议:RLL-MAC.该协议在S-MAC/AL(S-MAC with Adaptive Listening)的基础上,增加了数据报重排序机制,即能够根据各个节点工作周期的时序关系,动态的调整数据报的发送次序,从而减少数据报的端到端延迟.通过理论分析和仿真实验表明,与S-MAC/AL相比,RLL-MAC在保持低能耗的同时,极大的降低了端到端延迟.     

一种低延时的无线传感器网络MAC协议

针对典型无线传感器网络X-MAC协议在多跳环境下累积延迟问题,提出一种具有低时延的Ex-MAC协议。利用管理邻居节点工作周期和虚通道算法,使得虚通道中的所有节点近似于同步,从而减少数据传输延迟,而且不需要交换同步控制帧。仿真结果与X-MAC协议相比,减少了端到端的延迟和数据包冲突的几率,提高了网络的吞吐量。     

EPA网络控制系统丢包分析

针对基于时钟同步技术的时分调度网络控制系统工作方式,分析了基于EPA协议的网络丢包原理.建立在不同实时性要求情况下EPA网络系统的丢包模型,并且分析了时钟偏差抖动为马尔科夫链时,通信周期、时间片长度以及时钟同步精度对系统稳定性的影响.提出了提升EPA系统实时性的方法.最后对EPA系统的稳定性进行了分析.     

传输时延和时钟同步对以太网控制系统的影响

在分析报文传输时延和时钟同步精度对EPA网络(工业以太网)控制系统的实时性和稳定性的影响的基础上, 提出了新的基于马尔科夫链的时延模型. 给出了在系统稳定的情况下, 通信宏周期、协议传输时延和时钟同步精度应满足的条件. 建立了无丢包情况下的EPA网络控制系统模型. 提出了EPA控制系统稳定时, 可以设置的最小通信宏周期的计算方法.     

基于EPA网络的多媒体数据确定性传输

为实现多媒体数据在EPA中的确定性传输,在研究EPA通信调度原理的基础上,分析多媒体数据在EPA通信宏周期传输的可行性以及分片重组原理,设计多媒体数据在周期时间片的传输调度模型,以及基于链表插入方法的分片数据报重组算法。针对目前多数多媒体设备未集成EPA协议栈,无法直接参与EPA现场层调度的问题,搭建接入多媒体数据的EPA网络测试平台。实验结果表明,在不干扰控制数据传输的情况下,基于EPA的多媒体数据传输延时为30 ms~36 ms,满足可接受延时小于130 ms的要求,延时抖动在4 ms以内,图像清晰流畅,从而验证了将多媒体数据接入EPA网络确定性传输的可行性。     

基于最低开销模型的传感网络通信优化仿真

当传感网络中某条链路发生变化时,需要重新计算最短路径树,一旦传感网络规模较大,传统的算法采用抑制链路改变的方法提高传感网络通信容量,但这大幅抑制通信节点周期内路径选择灵活性,通信延迟明显.提出一种改进的A-OSPF算法并应用到传感网络通信优化中,该算法在原始的OSPF基础上融人了最低开销节点机制,增强了传感网络中节点构建的概率,考虑了节点移动性,将更加平稳的链路当成节点,按照链路代价原理得到源节点到目标节点的最佳路径,确保数据包可在链路质量最高的路径上进行传递,降低传感网络数据传送的平均端到端延时.仿真结果表明改进算法在传感网络生存周期以及平均端到端延时方法优于原始的OSPF算法,实现了延长传感网络生存周期以及能量均衡的目标.     

支持异构数据通信的IEEE 802.15.4实时带宽分配算法

IEEE 802.15.4协议的GTS分配机制能够支持实时和延迟约束的应用,目前已经应用于医疗健康、工业控制和楼宇自动化等物联网领域。但是,在高速实时异构数据传输应用中仍然存在局限性,它不能解决多于7个设备需要实时服务、时延约束小于超帧长度以及不同周期异构数据传输等问题。为了摆脱这些限制,提出一种新的支持异构数据通信的IEEE 802.15.4实时带宽分配算法,其根据不同周期任务的数据传输信息,调整部分传输任务的发送时间。性能分析显示,该算法可以严格遵循时延约束条件,满足异构数据通信,提高带宽利用率,提升整个网络的性能。     

实时以太网控制系统的功能块执行方法

为了提高实时以太网控制系统的运行效率和通信性能,在EPA（Ethernet for Plant Automation）确定性通信调度的基础上提出了一种功能块执行方法。该方法将现场设备中所有需要远程通信的功能块整合为功能任务,并且按照功能块执行与数据通信周期同步的原理确定了功能任务的执行规律：功能任务在单个通信宏周期中只能单次执行,当周期报文空窗期满足功能任务执行需求时,功能任务在周期报文传输任务结束时执行;当周期报文空窗期不能满足功能任务执行需求时,功能任务在非周期报文传输任务结束时执行。实验证明,该方法实现了系统中功能任务与通信任务的周期同步,避免了功能块的无效执行与数据的无效传输,提高了系统的运行效率和通信性能。     

Improving the real-time performance of Ethernet for plant automation （EPA） based industrial networks

Real-time Ethernet (RTE) control systems with critical real-time requirements are called fast real-time (FRT) systems. To improve the real-time performance of Ethernet for plant automation (EPA), we propose an EPA-FRT scheme. The minimum macrocycle of EPA networks is reduced by redefining the EPA network frame format, and the synchronization process is modified to acquire higher accuracy. A multi-segmented topology with a scheduling scheme is introduced to increase effective bandwidth utilization and reduce protocol overheads, and thus to shorten the communication cycle significantly. Performance analysis and practical tests on a prototype system show the effectiveness of the proposed scheme, which achieves the best performance at small periodic payload in large scale systems.     

基于RTX的网络延迟测试系统设计与实现

网络延迟对网络通信影响巨大,基于RTX实时环境,在开发了RTX下计数卡驱动的基础上,设计实现了一套网络延迟测试系统,该系统利用GPS锁晶振授时器产生的高频方波信号作为时钟基准,为发送方和接收方提供测试时钟,系统中实时处理、传输数据的进程运行在RTX环境下,在LabWindows/CVI下开发的人机交互界面来设置测试数据参数,最后将测试结果记录进文件。该测试系统不仅测出了RTX下网络传输延迟,而且提出了一种延迟测试的可靠方案,为今后的网络应用提供了有力参考。     

主从结构交换式以太网中实时消息调度研究

为使交换式以太网能满足实时通信的要求,针对FTT SE网络调度模型,提出了一种同时适用于周期性和非周期性实时消息的链路可调度性判定方法。在证明了消息链路调度优化问题MLSOP为NP complete的同时,针对周期性实时消息的链路调度优化给出了启发式算法LSHA。最后,对于周期性和非周期性实时消息分别设计了基于EDF的调度算法。仿真实验表明,在提高网络链路带宽利用率和减小消息平均延时方面,该算法均较FTT SE有明显的优势。     

移动通信延迟对信息并行传输效率影响仿真

通信信息并行传输效率是衡量移动通信网络系统性能的重要指标。为了提高移动网络信息通信速率,研究通信延迟对信息并行传输的影响。根据移动网络通信理论和IEEE802.11协议对移动网络信息并行通信过程进行分析,构建移动通信网络模型,得到串行延时、"数据包"的串行延时、路由延时、传播延时等参数,获取移动通信延迟与信息并行传输效率之间的约束关系,分析各个延迟参数对信息并行通信速率的影响。仿真结果表明,随着通信延迟的不断变化,信息并行传输速率也在发生变化,因此降低通信延迟能最大程度地提高信息并行传输速率。     

Maximum allowable delay bounds of networked control systems

This paper proposes a new method to obtain a maximum allowable delay bound for a scheduling of networked control systems. The proposed method is formulated in terms of linear matrix inequalities and can give a much less conservative delay bound than the existing methods. A network scheduling method is presented based on the delay obtained through the proposed method, the bandwidth of a network is allocated to each node and the sampling period of each sensor and controller is determined. The presented method can handle three types of data (periodic data, sporadic data, and message) and guarantees real-time transmission of periodic and sporadic data, and minimum network utilization for non-real time message.