無線現(xiàn)場總線RFieldbus的實(shí)時(shí)性能分析和研究.pdf

1、工業(yè)數(shù)據(jù)通信和控制網(wǎng)絡(luò)是企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)部分,承擔(dān)著對底層設(shè)備對象的檢測和控制,它目前已發(fā)展到了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS階段.而針對生產(chǎn)現(xiàn)場中的大量移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或臨時(shí)安裝的設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)要求,又產(chǎn)生了對現(xiàn)場總線具有無線通信能力的要求,這是目前國際上工控領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn)方向.RFieldbus是具有無線移動(dòng)接入功能,能傳輸TCP/IP幀,且完全兼容PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的一種全新的高性能無線現(xiàn)場總線系統(tǒng).RFieldbus的物理層分別使用了IE

2、EE802.11的DSSS方式和RS-485兩種定義格式,而MAC層仍統(tǒng)一使用PROFIBUS的Token-Passing協(xié)議.這種無線/有線異質(zhì)復(fù)合的結(jié)構(gòu)對具有全局統(tǒng)一令牌的系統(tǒng)的時(shí)間性能產(chǎn)生了很大的影響.本論文圍繞其實(shí)時(shí)性能的分析和評價(jià)問題,從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究:1,詳細(xì)分析了因有線、無線網(wǎng)段在傳送速率、幀格式上的不同在互連轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備上引起的擁堵現(xiàn)象,確定了互連轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備對不同任務(wù)的最大遲滯,提出了具體的計(jì)算方法.從而分析了RFie

3、ldbus中依靠令牌控制、有著總線式廣播發(fā)送特點(diǎn)的、多域異質(zhì)復(fù)合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀傳送過程.在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了RFieldbus系統(tǒng)的最大周轉(zhuǎn)延遲時(shí)間和任務(wù)傳輸時(shí)間,并給出了兩個(gè)重要的參數(shù)T<,SL>(定義見P48)和T<,TO>(定義見P50)的確定方法,對研究其實(shí)時(shí)性能有重要作用.此工作對RFieldbus的系統(tǒng)規(guī)劃有重要的工程使用價(jià)值,且這種對時(shí)間特性的分析方法還可以應(yīng)用到其它的不同質(zhì)物理層集成的系統(tǒng)分析中.2,在剖析了PROFIBUS的

4、Token-Passing協(xié)議后,分析了T<,TR>(令牌目的循環(huán)時(shí)間)對不同優(yōu)先級任務(wù)的服務(wù)時(shí)間動(dòng)態(tài)限制,提出了一個(gè)適于RFieldbus的基于Polling的多臺(tái)單隊(duì)列排隊(duì)模型RF-P.然后利用隨機(jī)服務(wù)過程的準(zhǔn)守恒PCL定律,針對RFieldbus系統(tǒng)的具有動(dòng)態(tài)等待響應(yīng)時(shí)間特性,在將對任務(wù)的服務(wù)時(shí)間限制轉(zhuǎn)換為數(shù)量限制后,首次給出了任務(wù)響應(yīng)時(shí)間與各參數(shù)的數(shù)學(xué)解析表達(dá)公式.實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)過優(yōu)化后的表達(dá)式誤差,在系統(tǒng)負(fù)載不大于40﹪時(shí)僅為1

5、0-20﹪.本論文還給出了穩(wěn)定邊界的條件,提供了研究RFieldbus系統(tǒng)的穩(wěn)定條件的途徑.3,利用第二部分推導(dǎo)得出的反映實(shí)時(shí)性能的數(shù)學(xué)解析式,用非線性優(yōu)化理論的方法研究了T<,TR>參數(shù)、主站的負(fù)載分布與響應(yīng)時(shí)間性能的關(guān)系.并且討論了RFieldbus中特有的須伴隨著DP數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)腡CP/IP數(shù)據(jù)的流量參數(shù)指標(biāo)和實(shí)時(shí)響應(yīng)性能的矛盾關(guān)系,且針對單個(gè)主站、全系統(tǒng)等不同的需求進(jìn)行了綜合性能優(yōu)化.并分析指出,令牌類網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間存在上限的