高可靠网络中实时性保障技术分析与应用

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1、高可靠网络中实时性保障技术研究与应用论文作者签名:指导教师签名:论文评阅人1:评阅人厶评阅人3：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：委员5：委员6：答辩口期：年月口万方数据南华大学学位论文原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名

2、：年月日南华大学学位论文版权使用授权书本学位论文是本人在南华大学攻读（博/硕）士学位期间在导师指导下完成的学位论文。本论文的研究成果归南华大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人同意南华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保留学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。同意授权屮国科学

3、信息技术研究所将本学位论文收录到《屮国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。对于涉密的学位论文，解密后适用该授权。作者签名：年月日导师签名：年月日高可靠网络中实时性保障技术研究与应用摘要：随着工业控制系统数字化进程的逐步推进，通信的实时性和确定性是其中关键性指标。高可靠网络技术作为一个有力的载体，在工业控制领域一直得到重点关注，它将促使工业控制从传统的模拟集中控制逐渐转变到数字化分散控制，因而高可靠网络中实时性、确定性保障技术也成为了重耍的关键技术。在高可靠网络中，可靠性、实时性、安全性和确定性是衡量高可靠网络系统性能的四个重要指

4、标。本文以高可靠网络为研究对象，重点研究了在高可靠网络中保障其实时性和确定性的关键技术。其主要内容和成果如下：本文首先对高可靠网络研究现状和保障其实时、确定通信技术的发展现状进行了综述。阐述了典型的不同高可靠网络拓扑架构及架构发展现状，依据不同指标，厘定各自应用场景；描述了典型通信模式方案:随机竞争、主/从问答、令牌等，针对不同网络架构配，在通信模式选择上给出建议。进一步深入分析各架构和通信模式的合理性和可行性，结合主流的现场总线技术和实际应用场景，给岀各架构的可行性原因。在此基础上，进一步重点分析了高可靠网络中保障通信实时性和确定性的若干关键技术

5、，还原技术实现细节，进一步探究各技术可行的根本原因。其中包括主流的工业总线CAN、ControlNet>EPA和ProfiBus在保证通信实时性和确定性方面的技术细节和技术实施方案。在此过程中，针对CAN总线通信的不确定性问题，提出了一种新的基于CANBus的动态优先级调度策略，该策略是一种新的动态优先级调度策略，原理是基于节点参与处理器调度的频率来动态调整其优先级。为了验证该策略，通过硬件平台测试和MATLAB仿真，创建该调度策略的软件模型，完成编码，分析论证其在高可靠网络通信中可行性和适用性。从仿真结果分析来看，该调度策略的节点平均时延要大于原

6、始CANBus,但是低优先级参与仲裁的频率明显增加，特别是在系统负载较大吋，该特点尤为明显。最后择取两种工业的典型应用:基于DeviceNet的主/从问答和基于ControlNet的隐式令牌，CANoe测试工具，通过测试节点通信的时延、丢包率和误码等网络性能等，分别对这两种方式的实时和确定性能测试，将两者进行对比分析，对这些技术在高可靠网络的应用给出成熟度评价和建议，并对提出的动态优先级调度策略总结展望。关键字：高可靠网络；通信；实时性；确定性；调度REAL-TIMECOMMUNICATIONSUPPORTTECHNIQUESREASERCHAND

7、APPLICATIONSINHIGH-RELIABLENETWORKYuanXi(ComputerScienceandTechnolog)DirectedbyLiuZhaohuiAbstracts：Withthegradualadvanceofindustrialdigitalcontrolsystems,real-timeanddeterministiccommunicationisoneofthekeyindicators.Highlyreliablenetworktechnologyasapowerfulvectorfieldofindust

8、rialcontrolhasalwaysbeenthefocusofattention,itwillcontributet