交换式工业以太网优先级调度机制的研究

为使工业以太网中周期性实时数据的传输延时要求能够得以保证,本文对交换机的内部功能结构作出改进,并采用了IEEE802.1p规范中定义的带有优先级标志域的以太网帧格式进行数据通信。为验证改进性能,构建了一个星形交换式工业以太网模型。在基于改进的交换机结构模型中,实现了优先级调度机制在交换机及网络节点中的应用,OPNET仿真结果验证了其对工业以太网实时性的有效提高。     

工业以太网性能分析与建模

介绍工业控制网络的发展状况,在此基础上讨论工业以太网的实时性及以往相关研究的不足,从以太网的介质访问方式CSMA/CD入手,引出网络延时,同时根据排队论的理论建立了工业以太网的排队系统模型,并且建立了工业以太网的数学模型,然后根据模型分析了工业以太网的传输延时,得出了由于网络之间的冲突而引发的发送延时及排队延时和影响信道吞吐量的主要因素,并分析了传输延时对整个网络系统性能的影响,推导出了对分析和设计网络控制系统进一步研究有重要的公式并进行了仿真,结果显示传输延时和网络吞吐量与数据帧长成正比,工业以太网的模型建立完全正确.     

实时以太网总线控制器设计

在总线式控制系统中,现场总线的传输速率和同步精度是影响多轴协同加工任务完成速度和精度的关键因素。为满足高速、高精制造装备对控制系统现场总线传输速率、同步精度的性能要求,解决工业通信总线信息安全问题,以国产FPGA芯片为平台,设计符合IEEE802.3规范的通用以太网接口电路,构建线型级联网络拓扑架构。通过研究工业控制过程数据与服务数据的通道传输原理,提出了一种通道映射的数据传输方法,使总线数据的传输效率得到提升。采用分布式时钟同步机制,利用时间戳计算网络传输延时和时间偏移,通过对总线控制器进行补偿达到同步控制的目的。实验结果表明,所设计的高精度同步实时以太网总线控制器,在100 Mb/s以太网链路中最小通信周期可达250 μs,网络各节点的同步精度小于50 ns,达到国际先进水平。     

基于DM9161EP的嵌入式光纤以太网传输系统设计

针对嵌入式以太网设备在传输距离上受限,不能很好地应用于需要远程网络传输的场景,设计了一种适合长距离网络传输的光纤以太网传输系统,以DM9161EP和STM32F407嵌入式芯片为核心,进行了嵌入式以太网光纤传输的硬件与软件设计。首先给出了系统的总体设计框架,详细分析并设计了供电电路与光纤以太网通讯电路,在硬件基础上根据芯片性能完成了DM9161EP芯片驱动设计,移植应用LWIP协议栈使系统实现了TCP/IP协议功能。最后通过样品进行测试,表明文中设计的以太网传输方案在长距离传输时具有良好的稳定性,具备低延时、低丢包率的特性,十分适合工业领域等需要长距离传输的应用场景使用。     

基于模型的网络控制系统传输特性分析

目前以太网在工业网络控制系统中已得到广泛应用，这里，通过对其MAC子层控制方式的数据传输模型分析，从考虑实际各节点之间差异性的角度，结合工业网络的特性要求，提出了一种分析网络控制系统的方法和思路，推导出了一些对分析和设计网络控制系统有一定指导意义的计算公式。     

新型能馈式牵引供电系统嵌入式监控平台设计

针对城市轨道交通新型能馈式牵引供电系统变量复杂、实时性强的特性,设计一种以嵌入式WinCE系统为主控节点,双DSP,CPLD架构以及各供电装置通信节点为从节点,工业以太网为主要传输介质的新型能馈式牵引供电系统监控平台,实现了监控平台中状态显示、参数设置和故障录波等功能,并给出相应的运行结果.通过在实际牵引供电系统中的调试和使用,有效地验证了该平台良好的数据采集、表达和控制性能.     

基于临界倾角约束的树形支撑结构生成算法

为节省三维打印的材料和时间,针对支撑结构体积优化的问题,提出了一种基于临界倾角约束的树形支撑结构生成算法。首先识别待支撑区域,并基于面积自适应采样获得待支撑点;再利用临界倾角约束进行树形结构节点的计算,并存储同一棵树上各节点的连接关系;采用扫掠和泊松曲面重建方法,生成树形支撑实体,最后通过实例进行了验证。实验结果表明,所提出的方法在保证打印稳定性的前提下,有效减少了支撑材料,缩短了打印时间。     

基于Dijkstra能量均衡的无线HART图路由算法

针对工业无线HART网络生存时间受节点能量限制的问题,提出一种能量高效均衡的图路由算法(EEBGR)。该算法构建了适合无线HART图路由的新型层次化网络拓扑结构,在求取该拓扑图边的权值时,综合考虑节点能量均衡性指标、流量负载指标和链路传输能耗的影响因素,进而构建出复合权值有向图,并利用改进的Dijkstra算法为各节点决策最小代价的多路径子图路由,以达到全网节点能耗均衡。测试结果表明EEBGR算法有效地减少了无线HART网络单个节点能耗、均衡了网络能量分布、延长了网络生存时间。     

分布式协作系统快速可靠组播算法

为解决分布式协作系统中单点失效、实时性不高和对节点动态性支持不足等问题,提出一种基于网状拓扑结构的分布式协作快速可靠组播算法.该算法采用纯分布式协议来构建协作系统网状拓扑结构,各个协作对象根节点负责同步操作和记录日志信息.为降低协作数据传输延时,提高协作实时性,通过泛洪方式为每个协作节点构建冗余最短路径组播树进行协作数据分发;使用冗余对象根节点和传输链路来增强在节点动态加入和退出时协作系统的可靠性.最后,利用试验仿真对基于网状拓扑结构的快速可靠组播算法的分发延时和可靠性进行了验证.     

基于ZigBee的区域无线控制系统

设计了一种基于ZigBee无线技术的区域无线控制系统,由上位机、主控节点、各个子节点组成。上位机与各个主控节点通过以太网进行通信,主控节点又与多个子节点构成星形网络,它们之间采用ZigBee技术进行通信。系统可以实现短距离区域内人员的有效监控以及成员问（主节点和子节点）的语音通信。     

基于以太控制网络的智能测控系统

介绍了工业以太控制网络与现有现场总线相比所具有的优势,并建立起完整的以太控制网络体系架构。基于以太控制网络,实现了电动机测控模拟系统,详细介绍了其中测控节点和监控软件的设计,并对系统存在的问题进行了分析。     

无线以太网通讯在港口设备上的应用

为实现对码头和堆场内堆料机、卸船机等大型移动设备的工业控制系统进行远程数据采集、信号联锁和实时监控,建立无线以太网通信网络系统,该系统具有数据传输链路稳定、可长时间工作与数据传输精度高的特点。     

控制网络的性能分析与评价

通过对支持工业现场设备实时通信控制网络的研究，为通信协议的改进和实际工程应用提供指导。从周期性信息时延的确定性、有界性和网络性能出发，对CAN总线（CSMA／CA）、Ethernet（CSMA／CD）、Profibus总线（混合介质访问方式）和FF总线（集中介质访问方式）的通信机制进行定量和定性的对比分析。由信息负载率与吞吐量、平均信息时延、通信冲突率和网络利用率的关系可知，CAN总线在诸多性能方面优于Ethernet，FF总线在实时性方面优于Profibus总线。因此CAN总线特别适合于短通信距离的基于事件触发的现场信息实时通信，FF总线适合于对周期性信息具有严格实时性要求的应用场合。     

Precise packet delay measurement in an Ethernet network

Node synchronization can be implemented in an Ethernet network using time protocols; e.g. IEEE 1588 [1]. Active network components like switches and routers influence the accuracy of synchronization because they affect a packet delay variation in the network. Therefore, the delay is not constant and, as well, the delay in one direction is not equal to the delay in the opposite direction.This paper presents a low-cost device that can measure the packet delay with high accuracy in both communication directions and, at the same time, calculate network parameters including a packet delay variation, path asymmetry and dependency of the delay in opposite directions.The measurements can be used for the estimation of synchronization accuracy within the tested network. Some network elements have an unexpectedly large variability of path delays and large asymmetry. This behavior can be measured directly and therefore it is possible to eliminate these devices from the network. The results can be also used for the manual calibration of end nodes. It is not recommended, however, as it is vulnerable to network topology changes.     

矿井大型设备远程监测及性能测定系统探究

在对矿井大型设备监测现状进行深入调查,对故障机理及故障分类深入研究的基础上,结合传感与测量技术、数字信号处理技术、系统控制理论、人工智能故障诊断等现代科学技术,确定了矿井大型设备远程监测预警系统的监测监控预警模型,系统采用基于工业以太网的环形网络结构,建立了完整的数据采集系统,将矿井大型设备的运行状态参数集中采集,通过网络传输至监测预警中心,实现了矿井大型设备运行的远程实时状态监测。     

以太网分布式数据采集同步和实时传输研究

研究虚拟仪器通过以太网控制分布式数据采集嵌入式系统进行同步数据采集和实时数据传输。通过分析各采集单元的采集同步误差源，提出减小同步误差的方法；分析通用嵌入式数据采集系统同时实现数据采集和实时传输的难点，提出解决方案。在各采集系统中运用以太网、TCP／IP网络通信协议。通过对标准网络协议进行改进、简化，减小网络延时。提高系统网络速度和实时性。对系统的网络速度、可靠性、同步误差以及实时性的实验测试。验证了系统方案的可行性和对标准网络协议改进、简化的有效性。     

工业实时环境的一种网络调度策略

本文研究了在一个交换式工业网络中。在兼容以太帧的基础上。如何满足来自各现场实时数据的实时传输。文中给出了一种实时帧结构。提出了一个基于实时优先级的网络调度策略,仔细分析了该策略在交换设备中的实现。     

工业以太网在列车上的优先级调度机制研究

随着列车通信网络的不断发展,工业以太网已经成为当今主流的趋势.为了提高工业以太网的实时性,采用交换式工业以太网,并运用M/G/1排队模型分析不同优先级任务的时延特性;运用OPNET软件模拟构建列车网络拓扑结构,对列车传输信息划分优先等级进行传输,研究此优先级调度机制的可行性.     

QTT 主动面系统控制网络初步设计

110 m 口径全可动射电望远镜(Qitai radio Telescope, QTT) 使用主动面调整技术修正天线因重力、温度等造成的天线表面形变,提高天线高频工作下的接收效率。主动面系统作为一种多节点控制网络,需要对其通信技术及网络拓扑进行合理设计,满足功能和性能的需要。通过分析国内外采用主动面技术的大口径射电望远镜的控制网络形式,并对比了典型工业以太网与现场总线的优劣,采用工业以太网作为控制网络的通信协议。分别基于Ethernet Powerlink 和EtherCAT 两种工业以太网技术设计了QTT 主动面分布式控制网络。