工業(yè)以太網(wǎng)端到端延遲的建模與分析.pdf

1、近年來，以太網(wǎng)從管理級向下延伸至控制級、設備級的垂直集成已經(jīng)成為一種趨勢和共識?，F(xiàn)場設備級不斷增長的通信需求對當前工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的實時性能提出了新的挑戰(zhàn)。在大規(guī)模網(wǎng)絡應用中，端到端的延遲是評價工業(yè)以太網(wǎng)實時性能最為關鍵的指標，也是網(wǎng)絡流量控制、拓撲優(yōu)化設計的一個基本前提。
　　 針對現(xiàn)有大規(guī)模工業(yè)以太網(wǎng)延遲分析方法的局限性，本文對端到端延遲的建模與分析進行了全面、系統(tǒng)的研究。本文設計了工業(yè)以太網(wǎng)實時性能評價體系框架；搭建工業(yè)以太

2、網(wǎng)的性能研究平臺，運用機理分析結合實驗結果研究了多跳交換式以太網(wǎng)的端到端的延遲分布；使用網(wǎng)絡演算和頻域分析法兩種理論工具分別對工業(yè)以太網(wǎng)延遲上限和延遲分布進行了分析。主要工作如下：
　　 首先，調研了工業(yè)應用的增長帶來的新的工業(yè)通信需求以及工業(yè)現(xiàn)場級混雜多優(yōu)先級信息通信的大量案例，本文提出了工業(yè)以太網(wǎng)實時性能評價體系框架，論述了從數(shù)據(jù)采集至可視化結果輸出的完整功能模塊和設計思路。進一步，搭建基于PROFINET IO工業(yè)以太網(wǎng)的

3、性能研究平臺，并實現(xiàn)系統(tǒng)集成和軟硬件安裝調試工作。
　　 其次，根據(jù)工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流模型，運用機理分析了多跳交換式以太網(wǎng)的端到端延遲分布；研究影響實時數(shù)據(jù)延遲特性關鍵參數(shù)，建立精確的端到端延遲時間的數(shù)學模型；設計典型測試案例，結合實驗統(tǒng)計特性分析獲得了一系列有用的結論。
　　 最后，為了進行大規(guī)模網(wǎng)絡性能分析，本文使用了兩種理論工具——網(wǎng)絡演算和頻域分析法，本文與實驗平臺結合，用網(wǎng)絡演算理論分析了有優(yōu)先級劃分的工業(yè)以太網(wǎng)