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。     

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。     

基于交换式以太网的数控系统通信和时间同步机制

以交换技术为基础的交换式以太网采用了全双工和微网段工作方式,避免了总线冲突,大大提高了以太网的实时性能,逐步成为以太网实时性问题的一个重要研究方向.本文在分析数控加工过程中数据流特点的基础上,研究了将交换式以太网作为数控系统通信网络的实时通信机制和时间同步问题,设计了交换机的服务策略和基于网络演算理论的调度算法,提出一种以交换机为主时钟的时间同步方法.经过原型系统验证表明这种基于交换式以太网的数控系统能良好的满足数据加工要求.     

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.     

不同网络结构的交换式以太网最大时延的研究

以太网的实时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。采用网络演算理论作为以太网实时性能的分析方法，计算出星形和树形两种不同网络结构的交换式以太网的最大网络时延，分析了不同负载和不同数据量的情况下两种拓扑的实时性能，证明了交换式以太网良好的实时性能以及应用于实时工业控制中的可行性，并提出将以太网应用于高速磁浮列车的运行控制系统中的方案，保证了磁浮列车中信息的实时传输。     

网络控制系统分布式带宽分配策略研究

交换式以太网应用于控制领域所面临的主要问题之一是如何以尽量小的代价来实现其支持典型的工业通信的目的。结合控制网络的通信特点,提出了一套基于时隙的分布式带宽分配策略。介绍了基于交换式以太网的网络控制系统中通信任务和带宽资源的模型、调度策略中信息传输的控制方法和调度算法。通过实验分析和比较,该策略在满足了各通信任务实时需求的同时,解决了当前的分布式调度策略中存在的诸如不能灵活应对通信任务频繁变化、任务调度率和带宽利用率低等问题。     

用工业以太网描述和替代MVB网络

工业以太网广泛应用于各类工业控制领域,相比多功能车辆总线(MVB)在通信性能上存在优势,可适用于列车控制通信网络。文中先对工业交换式以太网模型进行了修改,用其来描述MVB网络的通信过程,对工业以太网模型和MVB网络模型作了比较,指出两者的相似性以及制约MVB通信性能的因素,然后提出了一种采用WFQ队列调度策略的环型工业以太网结构,并使用Opnet网络仿真软件仿真分析其在不同网络参数下的实时性能,通过比较,指出其在实时性方面可以替代MVB网络。     

OPC规范及其在交换式工业以太网中的应用

重点介绍了最新的基于Version2．05A OPC数据访问标准，叙述了OPC技术在交换式工业以太网中的实时数据采集方面的应用，同时介绍了交换式以太网的硬件组成。OPC应用很好地实现了系统的高效性和实时性。     

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.     

工业以太网实时性问题及解决方案

实时性问题是长期阻碍以太网进入工业控制领域的主要障碍之一。结合以太网的通信机制,分析了以太网确定性实时通信的要求,同时介绍了当前解决工业以太网实时性问题的几种方案。     

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。     

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。     

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.     

交换以太网中实时消息截止期划分算法研究

为解决交换式以太网中实时消息在发送及接收链路上的截止期划分问题,首先给出了非抢占式EDF调度算法的可调度性分析方法,并分析了消息的提前释放对非抢占式EDF调度算法可调度性的影响,在此基础上提出了新的截止期划分算法(MDPS)。算法通过计算可满足调度条件时消息在发送链路及接收链路截止期应该划分的下限,并结合截止期的松驰量实现实时消息在发送及接收链路上的截止期划分。算法实验比较和分析表明,该算法在提高网络聚合带宽、减小消息的错失率方面明显优于现有的ADPS算法。     

工业以太网实时通信中的调度表构建策略研究

介绍了一种工业以太网实时通信机制．在传输层和数据链路层增加了实时通信实体，在不改变以太网通信机制的前提下，通过调度信息的发送解决了以太网的通信冲突问题．工业以太网的实时通信调度需要与功能块调度协调一致；在对功能块调度机制进行分析的基础上，将功能块调度与实时通信调度相结合，提出了工业以太网实时通信中周期性时间调度表和非周期通信调度表的构建方法．     

Holistic schedulability analysis for multipacket messages in AFDX networks

The ARINC-664, Part 7 (AFDX) standard defines a communication network based on Ethernet and the UDP/IP protocols. Contrary to general-purpose Ethernet, the timing behavior in AFDX is deterministic due to the use of special network switches and end systems with static routing tables and traffic policing at the sending end through mechanisms called virtual links. Even though the latencies in this network are bounded, there are scheduling and contention effects that need to be analyzed. In this paper we develop a response-time analysis for multipacket messages transmitted through an AFDX network including the scheduling of the virtual links and sub-virtual links, and also the contention in the end systems and in the switches. This analysis allows us to obtain worst-case latencies and output jitter for the network messages with a precise modeling of the sending and receiving ends. These results can be integrated in a holistic approach with the response time analysis of the threads in the processing nodes to obtain end-to-end response times in heterogeneous distributed systems.     

硬实时以太网ARTC可靠性保障技术研究

实时网络的很大一部分应用在现场总线控制领域，提供实时、快速、可靠的信息传递。基于以太网的硬实时通信技术ARTC能较好地满足工业控制系统实时、快速的通信要求，但以太网的通信特性却导致其缺乏可靠性。本文简要介绍了ARTC的通信管理机制，在对其可靠性问题深入研究的基础上，从系统结构、多级自检、监控管理、故障处理以及流控等方面提出了相应的处理策略，能全面提升系统的可靠性，为ARTC在现场总线控制领域的应用奠定了坚实的基础。