控制网络的性能评估：以太网,控制网,以及设备网

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1、南京理工大学毕业设计(论文)外文资料翻译学院（系）：自动化学院专业：电气工程及其自动化姓名：刘丹学号：0908190137(用外文写)外文出处：IEEEControlSystemsMagazine附件：1.外文资料翻译译文2.外文原文。指导教师评语：签名：年月日注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文控制网络的性能评估：以太网，控制网，以及设备网——Feng-LiLian,JamesR.Moyne,andDawnM.Tilbury引言：控制系统的传统通信体系结构是点对点的，在工业上已经成功应用了几十年。然而，日益扩张的物理设备和网络显示

2、出点对点体系的局限性。因此，一个传统的发散式的点对点控制系统不再满足新的需求，比如说：模块化，分散控制，综合诊断，快捷维护和低成本[1]。拥有公共总线的网络系统被称为网络控制系统（NCS），它有几个优点，如布线体积小和分布式处理。特别是对制造系统，NCS架构的处理能力可以利用每个节点容许模块化和标准接口的互换性以及互操作性。基于对象模型单独的通用设备,设备类型具体由生产商的特殊用户的功能决定。许多不同的网络结构被应用在控制系统。本文中，我们将比较其中的三种：以太网总线（CSMA/CD），令牌环总线(e.g.,ControlNet)，控制器局域网总线(

3、e.g.,DeviceNet)。我们将考虑每种控制网络怎么被应用为一个网络控制系统的通信主干，连接传感器，致动器和控制器。我们将详细讨论每一种网络的介质访问控制（MAC）的子层协议。对于每一种协议，我们学习相应网络应用于控制情形的关键参数，包括网络应用，预期时间延迟的幅度和时间延迟的特点。不同情形下的模拟结果将被展示，并总结每一种网络的优缺点。性能指标：分布式系统包含大量的互联设备一起执行所需的操作，应用于很多领域。例子包括工业自动化、楼宇自动化、办公室和家庭自动化,智能车辆系统和先进的飞机和航天器[2]-[6]。根据不同的信息交换数据网络或控制网络

4、可能被使用。数据网络的特点是大数据包，相对少的猝发性传播和高数据率。他们一般不会有严格的真实时间约束。控制网络，正相反，必须在一个相对较大的组节点穿梭无数小而多的数据包来满足要求的时效性。区分控制网络和数据网络的关键元素是满足实时和时效性要求高应用的能力[7]。一个网络控制系统，决策和控制功能(包括信号处理)可以分布在网络上的控制器。然而，当设计一个网络控制系统，一个新的约束条件必须满足要求—有线宽带的通信网络。有效带宽的网络被定义为最大数量的有意义的数据,可以将单位时间传输,不包括标题、填充、填料等，网络带宽等于原始比特每单位时间传输的数量。四个因

5、素会影响网络带宽的可用性：网络中各种通信设备的采样率，需要同步操作的元素的数量，数据或消息大小的信息，以及控制信息传输的介质访问子成协议[8]。因此，为了实现网络控制系统定时约束和保证性能，必须分析网络流量的优化和设备控制器的设计。影响控制系统的网络系统性能指标包括访问延迟、传输时间、响应时间、消息延迟、消息冲突(比例的冲突),消息吞吐量(比例的数据包丢弃),数据包大小、网络利用率和设定带宽。对于控制系统，待选的控制网络一般必须满足两个标准：有界时滞和传输保证；也就是，一条消息必须在有界时滞的情况下成功传输。例如，传感器到致动器不成功的传输或大的延时

6、的信息可能降低系统性能或造成系统的不稳定。几个协议的拟定必须满足这些控制系统的要求。他们包括以太网（IEEE802.3：CSMA/CD），令牌总线（IEEE802.4）,令牌环网（IEEE802.5）,和控制器局域网（CSMA/AMP）.典型的控制系统都是基于两个介质访问协议之一的：控制器局域网，被智能分布系统（SDS），设备网利用，和控制器局域网界限；和令牌环网或者令牌总线，应用在现场总线（PROIFIBUS）[10],生产自动化协议（MAP）[11]，控制网[12],光纤式数据接口（FDDI）[13]。控制网络基础在这个部分，我们讨论三个备选控制

7、网络的MAC子层协议：以太控制网（令牌总线网），和设备网（控制器局域网）。（考虑到以太网不完全是解决协议而只是一个MAC子层定义，然而，控制网和设备网是完全的解决协议。根据当下流行的用法，我们用词条“以太网”来指代基于以太网的完全协议。）MAC子层协议，也就是描述获得网络访问权限的协议，必须满足网络严格时限/真是时间响应，以及满足各节点之间传输的质量和稳定性[14].因此我们的讨论和对比集中在MAC子层协议上。以太网（CSMA/CD）以太网用CSMA/CD机制来解决传输媒介的连接。CSMA/CD协议被归类于IEEE802.3网络标准，在[15]-[1

8、7]中简略描述。当一个节点想要传输，它收听网络。如果网络忙，他就一直等到网络闲置；否者它就会立即传输。如果两