硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著以太網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,各個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)σ蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅芤蔡岢隽嗽絹碓蕉嗟囊?人們對以太網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限在傳統(tǒng)的非實時數(shù)據(jù)的傳輸,而在一些實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域也希望能夠使用以太網(wǎng)作為底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。又由于以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、價格低廉、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用支持技術(shù)成熟等優(yōu)點,目前它已經(jīng)在工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的資源管理層、執(zhí)行制造層得到了廣泛應(yīng)用,并呈現(xiàn)向下延伸直接應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場的趨勢。在滿足以太網(wǎng)在工業(yè)控

2、制領(lǐng)域的強實時性、高帶寬、高可靠性和性價比的需求的同時,希望在傳輸硬實時數(shù)據(jù)空閑的時候充分利用網(wǎng)絡(luò)資源也能夠進行軟實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)的混合傳輸。本論文以此為目標(biāo)展開了理論上和實踐上的研究,取得了若干有用的成果,并有所突破。論文首先對現(xiàn)有實時和非實時以太網(wǎng)進行深入地研究,并對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進行了論述,也進一步深入研究了現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實時通信調(diào)度算法。緊接著討論了令牌總線媒體訪問控制協(xié)議、實時通信局域網(wǎng)的基本實現(xiàn)技術(shù)及以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備

3、間通信的關(guān)鍵技術(shù),理清了研究和建立實時通信系統(tǒng)的思路。在上述基礎(chǔ)上,研究了硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)-RISE的主要原理和機制。主要從以下幾個方面進行了重點研究:
　　1.硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)(RISE)的體系結(jié)構(gòu)研究:在分析現(xiàn)有實時和非實時以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上,本文提出了一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)。此架構(gòu)是在不改變以太網(wǎng)硬件設(shè)備的前提條件下,通過工作在RTCC模式下進行硬實時數(shù)據(jù)的通信,在RETHER模式下傳輸軟實時和非實時

4、數(shù)據(jù)。
　　2.硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)的主要驅(qū)動模型,即RTCC模式下的以全局時鐘為核心的時間-事件混合驅(qū)動模型及RETHER模式下的令牌驅(qū)動模型。這兩種模式通過模式仲裁器進行統(tǒng)一管理,協(xié)調(diào)相互間各自的工作。并對模式切換的時間確定性進行了詳細(xì)分析。
　　3.與RISE協(xié)議驅(qū)動模型相適應(yīng)的消息機制,七種消息結(jié)構(gòu)和幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
　　4.對RISE協(xié)議的時間延遲性能及靜態(tài)和動態(tài)帶寬分配進行了詳細(xì)的論述。
　　5.實現(xiàn)了一

5、種基于以太網(wǎng)的綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)原型RISES。該原型具有完整的結(jié)構(gòu)和功能，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)傳輸要求使用不同的模式和不同的實時性要求使用不同的數(shù)據(jù)通信類型，并實現(xiàn)了協(xié)議可搶占的數(shù)據(jù)通信。通過對該原型的詳細(xì)測試和分析，證明了本文提出的硬實時綜合業(yè)務(wù)以太網(wǎng)通信技術(shù)的實用性和合理性。由于國內(nèi)外對基于以太網(wǎng)傳輸實時與非實時綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)研究還很少，故必存在諸多尚有待研究的問題。本論文從系統(tǒng)的角度，對以太網(wǎng) 應(yīng)用于綜合業(yè)務(wù)通信 、實時性及可靠性進行了有