收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

工业以太网拓扑设计与优化研究

张雷  
【摘要】:工业控制网络不断增长的网络复杂度对网络拓扑设计时的网络服务质量(QoS)保障提出了挑战。工业界的经验拓扑设计方法在网络规模增长时难以保持高效与可靠,而现有的通用网络拓扑设计研究没有考虑工业应用对于网络实时性和可靠性等苛刻需求。因此需要研究针对工业应用需求的网络拓扑设计与优化问题,保障工业控制网络QoS性能。 本文以新一代的工业控制网络技术——工业以太网作为研究对象,以工业应用对网络性能的需求特点和工业以太网协议标准体系中的网络QoS保障机制为基础,研究工业以太网QoS性能的分析评估方法以及面向不同应用需求的拓扑设计与优化方法。全文主要研究内容包括以下几个方面: (1)作为工业以太网拓扑设计的基础,提出网络实时性和可靠性的快速分析评估方法,并在此上提出了实时风险系数作为拓扑优化的实时性优化指标。通过仿真实例验证实时风险系数有效地评估了多环网络实时性能的鲁棒性,而无需遍历所有可能故障造成的网络实时性能下降程度。 (2)对于网络结构受限的工业应用,构建了基于相对延迟的设备分配问题模型,综合考虑传输延迟和不同的实时需求,仿真计算结果表明该问题模型更适应工业应用的实时需求多样性特点。然后分别提出基于随机密钥编码的稳态遗传算法(Steady-state Genetic Algorithm, ssGA),简化变邻域搜索算法(Reduced Variable Neighborhood Search, rVNS),以及基于自适应邻域变换的ssGA-rVNS混合算法解决该问题。仿真计算结果表明,提出的三个算法在不同的流量分布和问题规模下,都改进了已知遗传算法的效率;特别是ssGA-rVNS混合算法以同样的时间代价得到最好的算法性能,且性能改进随着问题规模增加而增加。 (3)对于网络结构无限制的工业应用,构建更具通用性的工业以太网拓扑设计问题模型,其特点包括:综合考虑实时性、可靠性、快速冗余恢复等多网络QoS需求;基于环冗余管理机制,考虑多环物理拓扑与树状逻辑拓扑的双层规划;基于实时性能的鲁棒性考虑,利用提出的实时风险系数作为实时性优化目标。然后分别提出基于权重Dandelion编码的约束非支配排序遗传算法(Constrained Nondominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ, cNSGA-Ⅱ)和多目标变邻域搜索算法(Multi-objective Variable Neighborhood Search, MOVNS)解决该问题。仿真计算结果表明,实时风险系数作为优化指标更有效地引导算法搜索改进实时性能;cNSGA-Ⅱ算法显著低于已知算法的时间复杂度,提高了算法效率;MOVNS算法得到收敛性和分布性更好的Pareto解集,在cNSGA-Ⅱ算法的基础上进一步提高工业以太网拓扑设计问题的解决效率。在所有的仿真实例中,新的设计方法均以更小的成本代价保障了网络实时性和可靠性。 通过研究工业以太网QoS性能评估方法,拓扑设计与优化问题以及与之对应的优化算法,本论文建立了面向工业应用的拓扑设计与优化方法,可以辅助工程师进行控制系统的设计。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 阮冬茹,谢东光;工业以太网架构中交换技术的选择[J];工业控制计算机;2005年10期
2 习友宝;古天祥;;以太网测控系统中实时数据传输的技术措施[J];自动化仪表;2006年S1期
3 朱政红;王月娥;;工业以太网在控制领域中的实时性技术[J];低压电器;2010年07期
4 阮冬茹;谢东光;;基于EPA的工业以太网确定性研究[J];微计算机信息;2006年07期
5 胡凌燕;彭杰;应启戛;;工业以太网实时性评价实验平台的设计[J];低压电器;2008年09期
6 彭杰;;交换式工业以太网实时性评价实验平台的设计[J];计算机工程;2007年07期
7 冯冬芹,彭圣嘉,李杰,金建祥;工业以太网最新进展[J];自动化博览;2003年S1期
8 赵杰,张凡;工业以太网技术应用与发展[J];仪器仪表用户;2004年01期
9 孙雪丰;工业以太网和现场总线技术相融合的控制系统[J];电气时代;2004年07期
10 羊文琤;渐入佳境的工业以太网——工业以太网在汽车焊接车间自动诊断及群控系统中的应用[J];现代制造;2004年30期
11 沈航,徐红泉,蔡慧,吴靖;工业以太网和现场总线[J];工业仪表与自动化装置;2005年01期
12 刘科;工业以太网实时通信技术及进展[J];工矿自动化;2005年03期
13 张杰;;工业以太网PROFINET革新制丝线的电控系统[J];现代制造;2007年S1期
14 霍恒裕;;一种Modbus/TCP工业以太网协议的结构[J];电脑知识与技术;2008年31期
15 黄月;;谈炼钢厂连铸机网络系统的分析[J];华章;2010年04期
16 熊育悦,赵哲身;工业以太网在控制系统中的应用前景[J];仪表技术;2002年03期
17 陆明浩;现场总线的发展趋向——工业以太网的应用[J];IB智能建筑与城市信息;2004年10期
18 方彦军;基于Profibus和工业以太网的钢铁企业计量系统的实现[J];南京师范大学学报(工程技术版);2005年01期
19 梁志锋;解翔;唐小琦;;基于工业以太网的网络数控系统设计及实现[J];现代制造工程;2006年01期
20 汪海燕;柏旭;;基于工业以太网的溢流染色机网络控制系统[J];仪器仪表用户;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 阮冬茹;谢东光;;工业以太网架构中交换技术的选择[A];全国先进制造技术高层论坛暨制造业自动化、信息化技术研讨会论文集[C];2005年
2 计宏;杜美明;;西门子PLC通过工业以太网读取继保数据的研究与应用[A];中国计量协会冶金分会2010年会论文集[C];2010年
3 王保中;涂亚庆;张丽娟;;工业以太网与CAN现场总线的应用方案探讨[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
4 徐年;王良松;张剑英;;基于嵌入式工业以太网的煤矿监控系统应用研究[A];第十七届全国煤矿自动化学术年会、中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2007年
5 成继勋;;研发新一代煤矿监控系统的若干新技术——现场总线、工业以太网和嵌入式计算机[A];第十四届全国煤矿自动化学术年会暨中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2004年
6 费敏锐;李力雄;;自动化领域的一些进展与评论[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年
7 彭杰;应启戛;;工业以太网应用分析[A];全国冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年
8 周美娇;应启戛;彭杰;;用于过程控制的工业以太网通信模型[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
9 张金贵;;汽油发动机的装配试验及设备[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(工科卷)[C];2005年
10 张庆彬;战启芳;朴立华;;工业以太网技术及其发展[A];中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张雷;工业以太网拓扑设计与优化研究[D];浙江大学;2012年
2 杨林;基于工业以太网的运动控制系统关键技术研究[D];山东大学;2011年
3 王晓欣;交换式工业以太网与时间触发CAN总线系统的实时性研究[D];天津大学;2005年
4 娄杰;新型电磁机构的拓扑设计与优化方法研究[D];山东大学;2009年
5 徐竟天;基于ARM9嵌入式和工业以太网的矿井瓦斯监控系统研究[D];西安科技大学;2011年
6 张军;电力系统保护电器网络化研究[D];河北工业大学;2011年
7 陈磊;从现场总线到工业以太网的实时性问题研究[D];浙江大学;2004年
8 吴修德;基于工业以太网的车间数字设备集成控制的关键技术研究[D];武汉理工大学;2007年
9 张勇;顶板动态监测集成技术研究[D];山东科技大学;2009年
10 邹亮;直线式永磁偏置限流拓扑的磁特性优化与建模方法研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱洪;工业以太网在控制领域的研究与应用[D];南京工业大学;2003年
2 蒋勇;工业以太网远程桥接系统的研究[D];重庆大学;2002年
3 徐毓军;基于工业以太网的电动执行机构的设计和开发[D];清华大学;2003年
4 孙磊;嵌入式以太网技术的研究[D];合肥工业大学;2004年
5 黄清宝;基于工业以太网的专家控制[D];广西大学;2004年
6 刘杨;基于工业以太网和OPC的乌河综合自动化监控系统集成研究[D];新疆大学;2010年
7 田丽;EPA实时性分析与调度研究[D];大连理工大学;2006年
8 上官小晶;基于B&R(贝加莱)PCC的工业以太网硅钢片横剪机控制系统设计和实现[D];上海交通大学;2007年
9 白景春;嵌入式通讯采集器的研究与设计[D];大连理工大学;2005年
10 沈一波;工业以太网快速自愈技术的研究[D];浙江工业大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 叶林海;Moxa倾力工业以太网络产业[N];中国计算机报;2003年
2 记者 韩勇;选择EtherNet/IP把握工业以太网先机[N];中国包装报;2005年
3 雍忠玮;工业以太网受关注[N];中国计算机报;2002年
4 天津水泥工业设计研究院教授 张卫民;当今自动化控制的热点——工业以太网[N];中国建材报;2005年
5 杜品圣;工业以太网:现场总线的未来?[N];机电商报;2005年
6 本报记者 夏雪;工业以太网市场前景可期罗克韦尔自动化全球副总裁中国布道[N];机电商报;2005年
7 刘锬;“透明工厂型”工业以太网[N];计算机世界;2006年
8 策划报道:《一周电气》编辑部;工业以太网:现场总线的终结者?[N];机电商报;2005年
9 缪学勤;实时以太网RIE的现状和未来[N];机电商报;2006年
10 张合泉 王加乐;北皂煤矿首建井下百兆工业以太网[N];科技日报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978