交换式工业以太网QoS的研究
发布时间：2021-06-14 04:05
传统制造商一直在努力使其企业更为高效与灵活，并快速转至工业以太网技术，实现工业自动化与控制系统的一体化网络。从昂贵的现场总线技术转向成熟的标准以太网技术能够让企业有效控制成本。标准以太网已经被证实具有易集成、支持技术广泛、更安全可靠并能够达到实时通信要求。工业以太网技术已成为工业控制领域未来发展的趋势。当前存在10种工业以太网标准，但不存在这样的标准：既能支持工业控制网络实时数据的实时传输，又能够满足从工控网络到企业网络的无缝整合。本文提出了一种改进的工业以太网协议栈，能够实现这样的要求。协议栈利用全双工交换式以太网交换机从而彻底杜绝CSMA/CD访问控制方式产生冲突域的特性，通过资源预留的思想，解决交换节点上发生拥塞或带宽不足造成的不确定性问题。协议栈的设计借鉴了综合服务模型中提供保证服务质量的方法，在传输层启用RSVP协议，通过改进的接纳控制算法与优化的队列调度算法保证工控网络实时数据流的实时通信要求。改进的接纳控制算法对非周期性实时数据流的接纳方式进行了优化，能够有效提高网络资源利用率。优化的队列调度算法对非周期性实时数据流提供了更细的调度控制，从而有效保证重要的数据得到实时转发...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 工业以太网标准
1.2.2 现有标准的不足与改进
1.3 论文章节安排
第二章 工业以太网与服务质量
2.1 工业以太网标准介绍
2.1.1 Ethernet/IP
2.1.2 Profinet IO
2.1.3 EPA
2.2 交换式工业以太网
2.3 服务质量（QOS）介绍
2.4 IEEE 802.1P
2.5 IP QOS
2.5.1 综合服务模型（Integrated Service）
2.5.2 区分服务模型（Differentiated Service）
2.5.3 多协议标签交换（MPLS）
2.6 QOS 的几种解决方案优缺点比较
2.7 本章小结
第三章 综合服务模型的研究
3.1 概述
3.2 队列调度模块
3.2.1 先来先服务（First Come First Serve：FCFS）
3.2.2 严格优先权队列（Strict Priority Queuing：SPQ）
3.2.3 轮转队列（Round-Robin：RR）
3.2.4 通用处理机共享（Generalized Processor Sharing：GPS）
3.2.5 加权公平队列（Weighted Fair Queue：WFQ）
3.2.6 队列调度模块应用于工业以太网分析
3.3 接纳控制模块
3.3.1 基于参数的接纳控制（Parameter-based Admission Control）
3.3.2 基于测量的接纳控制（Measurement-based Admission Control）
3.3.3 基于探测的接纳控制（Probe-based Admission Control）
3.3.4 接纳控制算法的比较
3.3.5 接纳控制模块应用于工业以太网分析
3.4 分类器
3.5 资源预留协议（RSVP）
3.5.1 RSVP 概述
3.5.2 RSVP 消息类型
3.5.3 Path 消息
3.5.4 Resv 消息
3.5.5 Tear 消息
3.5.6 Error 消息
3.5.7 确认消息
3.5.8 RSVP 工作流程
3.5.9 RSVP 的资源预留类型
3.6 本章小结
第四章 交换式工业以太网 QOS 方案的仿真与验证
4.1 网络仿真简介
4.2 OPNET 介绍
4.3 不同队列调度算法的仿真与分析
4.3.1 数据流的定义
4.3.2 网络模型设计
4.3.3 仿真结果与分析
4.4 资源预留方案的仿真与分析
4.4.1 网络模型的设计
4.4.2 数据流定义
4.4.3 仿真结果与分析
4.5 本章小结
第五章 交换式工业以太网改进方案
5.1 改进方案
5.2 改进的队列调度算法
5.3 分类器的实现
5.4 改进的接纳控制算法
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要工作与创新点
6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]实时业务和服务质量在千兆以太网中的应用[J]. 韩煜国. 北京电信科技. 2000(02)
[2]OPC技术在现场总线控制系统中的应用[J]. 苑明哲,王智,程尚军,于海斌. 工业仪表与自动化装置. 2000(03)
博士论文
[1]EPA实时可靠通信协同调度与优化研究[D]. 章涵.浙江大学 2010
本文编号：3229032
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 工业以太网标准
1.2.2 现有标准的不足与改进
1.3 论文章节安排
第二章 工业以太网与服务质量
2.1 工业以太网标准介绍
2.1.1 Ethernet/IP
2.1.2 Profinet IO
2.1.3 EPA
2.2 交换式工业以太网
2.3 服务质量（QOS）介绍
2.4 IEEE 802.1P
2.5 IP QOS
2.5.1 综合服务模型（Integrated Service）
2.5.2 区分服务模型（Differentiated Service）
2.5.3 多协议标签交换（MPLS）
2.6 QOS 的几种解决方案优缺点比较
2.7 本章小结
第三章 综合服务模型的研究
3.1 概述
3.2 队列调度模块
3.2.1 先来先服务（First Come First Serve：FCFS）
3.2.2 严格优先权队列（Strict Priority Queuing：SPQ）
3.2.3 轮转队列（Round-Robin：RR）
3.2.4 通用处理机共享（Generalized Processor Sharing：GPS）
3.2.5 加权公平队列（Weighted Fair Queue：WFQ）
3.2.6 队列调度模块应用于工业以太网分析
3.3 接纳控制模块
3.3.1 基于参数的接纳控制（Parameter-based Admission Control）
3.3.2 基于测量的接纳控制（Measurement-based Admission Control）
3.3.3 基于探测的接纳控制（Probe-based Admission Control）
3.3.4 接纳控制算法的比较
3.3.5 接纳控制模块应用于工业以太网分析
3.4 分类器
3.5 资源预留协议（RSVP）
3.5.1 RSVP 概述
3.5.2 RSVP 消息类型
3.5.3 Path 消息
3.5.4 Resv 消息
3.5.5 Tear 消息
3.5.6 Error 消息
3.5.7 确认消息
3.5.8 RSVP 工作流程
3.5.9 RSVP 的资源预留类型
3.6 本章小结
第四章 交换式工业以太网 QOS 方案的仿真与验证
4.1 网络仿真简介
4.2 OPNET 介绍
4.3 不同队列调度算法的仿真与分析
4.3.1 数据流的定义
4.3.2 网络模型设计
4.3.3 仿真结果与分析
4.4 资源预留方案的仿真与分析
4.4.1 网络模型的设计
4.4.2 数据流定义
4.4.3 仿真结果与分析
4.5 本章小结
第五章 交换式工业以太网改进方案
5.1 改进方案
5.2 改进的队列调度算法
5.3 分类器的实现
5.4 改进的接纳控制算法
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要工作与创新点
6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]实时业务和服务质量在千兆以太网中的应用[J]. 韩煜国. 北京电信科技. 2000(02)
[2]OPC技术在现场总线控制系统中的应用[J]. 苑明哲,王智,程尚军,于海斌. 工业仪表与自动化装置. 2000(03)
博士论文
[1]EPA实时可靠通信协同调度与优化研究[D]. 章涵.浙江大学 2010
本文编号：3229032
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/ydhl/3229032.html
