基于OPNET的一种典型现场总线的研究与仿真

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1、基于OPNET的一种典型现场总线的研究与仿真摘　要随着网络规模的扩大，使用仿真软件对网络进行仿真，对关键参数和原理进行验证，已经是一种流行的网络开发模式。本文首先对现场总线和仿真软件OPNET进行了相关介绍和分析，接着对一种典型的现场总线的特征进行了详细说明，然后基于OPNET对该典型总线进行了建模仿真，基于对采集数据的分析，验证了仿真模型的时延符合典型现场总线标准的要求，并且得出了基本周期的选取对标准中规定的时延有较大影响的结论。关键词现场总线　网络仿真　OPNET时延STUDYANDSIMULATIONTOATYPICALFIELDBUSB

2、ASEDONOPNETAbstractWiththegrowthofnetwork,simulationtothekeyparameterandmechanismofnetworkusingsimulationsystemhasbecomeapopularpatternofdevelopingnetworkapplications.Inthispaper,wemakeabriefintroductionandanalysistofieldbusandsimulationsoftwareOPNET.Thenwedetailedlypresentt

3、hecharacteristicsofthetypicalfieldbus.AndwemodelandsimulatethetypicalfieldbusbasedonOPNET.Afteranalysistothegathereddata,weverifythatreplydelayofthissimulationfitstherequirementsofthetypicalfieldbusstandard,anddrawtheconclusionthatpickingdifferentbasicperiodscanmakeanimpacto

4、nthedelay.KeywordsFieldbusNetworksimulationOPNETDelay朱涛等：基于OPNET的一种典型现场总线的研究与仿真0引　言在工业控制领域，使用现场总线作为主要的通信网络技术，已经非常流行[1]。随着通信网络的不断发展，工业控制、现场控制对现场总线有了更高的要求，特别是一些对通信的实时性、可靠性、安全性要求高的应用场景，相应的现场总线协议有Profibus[2]、工业以太网[3]、CAN总线[4]等，这些协议对保证网络通信的实时性、可靠性等都有了明确的规定。本文研究的典型现场总线即属于此种类型总线。工业

5、控制网络本质是一个局域网，而随着网络规模的扩大和网络复杂度的不断提高，使用仿真软件对通信网络进行仿真，从而提前得出重要通信指标及验证通信原理的某些属性(可靠性、合理性等)，为实际物理网络的部署提供客观的参考性数据支持已经成为一种主流的通信网络开发模式。学术界和工业界得到广泛应用和认可的OPNETModeler是目前流行的网络仿真工具之一，其对网络仿真的准确性已经得到了很多实际项目的验证[5]。在已有的文献资料中，文献[6]中使用Matlab对CAN总线等进行了建模和仿真，文献[7]对CAN总线的强实时性进行了研究和仿真，文献[8]研究了交换以太

6、网并基于OPNET对其实时性进行了仿真。本文首先对现场总线和仿真软件的相关背景进行了说明，继而详细说明本文所要论述的典型现场总线的相关特征与原理，最后通过仿真软件OPNET予以建模仿真，通过对收集到的数据的分析，验证了仿真模型能够满足该典型现场总线的时延要求，并且得出了基本周期的选择对系统时延有较大影响的结论。1相关背景1.1现场总线概述国际电工委员会IEC/SC65C将现场总线定义为：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。现场总线的标准化过程比较曲折，到2005年的IEC61

7、158第四版，包含了20类总线协议标准，文献[9]对IEC61158第四版的进行了较详细的解读。收稿日期:2010-03-25。基金项目:国家863计划项目(2006AA010201)。朱涛，硕士，主研领域：网络仿真。在IEC61158标准中，对协议中的各个主要通信层进行了规定。物理层提供机械、电气、功能性和规程性功能，以便在数据链路实体之间建立、维护和拆除物理连接。数据链路层负责实现链路活动调度，数据的接收发送，活动状态的响应，总线上各设备间的链路时间同步等。现场总线应用层包括应用进程、应用进程对象、应用实体和应用服务元素等，主要提供通信功能

8、、特殊功能以及管理控制功能等。1.2网络仿真概述及OPNET介绍在进行通信网络开发时，使用网络仿真工具对相关的通信协议进行仿真来验证相应的通信数据流、