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基于强实时性的工业物联网通信平台设计与实现

陈锦  
【摘要】:随着国家工业化进程加速,工业智能机器人、航天高精度控制和工业流水线高精确控制等应用越来越普及。工业物联网的强实时通讯一直都是一个十分重要的命题,其性能对于高精度控制系统的通讯时延和控制精度有着重要的影响。由于Windows操作系统具备良好的操作界面、广泛的用户群体、易于维护升级和程序开发等优势,从而广泛地受到工业界的关注,但它的强实时通讯性能缺陷是制约其在业内应用前景的主要因素。本文从Windows操作系统内核驱动虚拟化技术、协议栈定制技术以及强实时性的Qos保障机制这几个层面出发,设计与实现了一套基于强实时性的工业物联网通信平台,平台的强实时通讯指标能很好的解决在工业物联网现场的毫秒级通讯要求。本文的主要工作为:(1)首先对基于强实时性工业物联网通讯系统的应用前景进行了介绍,分析了Windows操作系统下的强实时通讯性能在工业物联网的国内外研究现状。在分析TCP/IP协议在Windows操作系统下实现形式和流程的基础上,对影响Windows操作系统下的TCP/IP协议的通信速率的各种要素进行了说明,对实现该系统的功能进行了介绍和模块划分,介绍了设计并实现该系统的关键技术。(2)阐述了平台的总体设计架构,并从各个系统功能模块进行了详细研究,重点对Windows操作系统内核虚拟化驱动的改进进行了介绍、详细说明了协议栈技术优化思路和对Qos技术改良进行了详细说明。最后通过实际与国外同行业的商业化强实时通信软件RTX进行了实际数据测试与分析来验证方案的可行性。(3)最后,实现了强实时性工业物联网通信平台,并且将该平台应用于航天气浮台综合试验中。首先对该平台的应用场景与技术背景进行了介绍,其次对整体综合试验的整体框架进行说明,并且对测试方案、参数要求和实际应用效果进行了阐述,最后通过实验证明平台的良好工作性能。


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