有線的工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)作為骨干網(wǎng),把無線網(wǎng)絡(luò)作為對有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充與延伸,構(gòu)成混合網(wǎng)絡(luò),這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是可靠且可行的。但是,混合網(wǎng)絡(luò)在NCS場景下的協(xié)同工作需要在原理、算法以及技術(shù)體系上進(jìn)行深入研究,以保證其能滿足NCS的控制精度及穩(wěn)定性要求。針對有線／無線混合網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特征與同步機(jī)制進(jìn)行研究,可對NCS的理論研究進(jìn)行有益補(bǔ)充,有助于解決傳統(tǒng)工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)在NCS場景中存在的技術(shù)死角。論文首先分析了NCS的系統(tǒng)模型,歸納了NCS在通信域和控制域中的基本特征。在控制域內(nèi),對典型控制系統(tǒng)內(nèi)的檢測單元、控制單元和執(zhí)行單元的時(shí)延特點(diǎn)進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的時(shí)延結(jié)構(gòu)；在通信域內(nèi),定義了三種可被應(yīng)用于NCS場景的混合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其次,基于實(shí)時(shí)通信理論,分析了混合網(wǎng)絡(luò)中三種不同的時(shí)間參數(shù)及其時(shí)序模型,包括：空閑時(shí)間參數(shù)、間隙時(shí)間參數(shù)和消息周轉(zhuǎn)時(shí)間。針對混合網(wǎng)絡(luò)中存在隊(duì)列時(shí)延,數(shù)據(jù)傳輸可能受到網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況,提出基于時(shí)間參數(shù)的修正方法。針對NCS中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換問題,討論兩種不同類型的數(shù)據(jù)交換模式,分別是：周期性數(shù)據(jù)交換和非周期性數(shù)據(jù)交換。研究了數(shù)據(jù)交換時(shí)間與混合網(wǎng)絡(luò)鏈路的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率之間的關(guān)系。第三,選取CAN總線作為混合網(wǎng)絡(luò)的有線網(wǎng)段,基于IEEE802.15.4協(xié)議的WSN作為混合網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)段。提出了適用于NCS場景的周期性數(shù)據(jù)交換和非周期性數(shù)據(jù)交換的時(shí)序模型。根據(jù)這兩個(gè)時(shí)序模型,研究單主配置混合網(wǎng)絡(luò)與多主配置混合網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換實(shí)時(shí)性能,分別給出了順序輪詢方案與交叉輪詢方案的輪詢時(shí)間計(jì)算方法。第四,把應(yīng)用層時(shí)間同步看作是周期性數(shù)據(jù)交換的實(shí)例。根據(jù)NCS場景下的混合網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的要求,分析PTP同步機(jī)制的時(shí)鐘模型與同步過程,提出把PTP同步機(jī)制擴(kuò)展到混合網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案,設(shè)計(jì)混合網(wǎng)絡(luò)IS節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步應(yīng)用層模型。最后,選擇橫機(jī)的集群控制系統(tǒng)作為NCS實(shí)例,驗(yàn)證了研究中提出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換模式和時(shí)間同步方案,使橫機(jī)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了高效的集群控制和有序的管理調(diào)度。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN915.0
【文章目錄】：
摘要
Abstract
圖索引表
表索引表
縮略詞表
第一章 緒論
    1.1 論文的研究背景和意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 工業(yè)混合網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 NCS時(shí)延問題的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 時(shí)間同步問題的研究現(xiàn)狀
        1.2.4 研究現(xiàn)狀分析
    1.3 論文的研究工作
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究方案
    1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)
    1.5 本章小結(jié)
第二章 混合網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景分析
    2.1 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)
        2.1.1 NCS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        2.1.2 NCS的模型
        2.1.3 NCS的工作特點(diǎn)
    2.2 混合網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)
    2.3 混合網(wǎng)絡(luò)的工作特點(diǎn)
        2.3.1 分布式處理機(jī)制
        2.3.2 混合網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問
    2.4 混合網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延結(jié)構(gòu)
        2.4.1 典型控制系統(tǒng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)
        2.4.2 檢測環(huán)節(jié)的時(shí)延
        2.4.3 控制環(huán)節(jié)的時(shí)延
        2.4.4 執(zhí)行環(huán)節(jié)的時(shí)延
        2.4.5 網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的時(shí)延
        2.4.6 控制系統(tǒng)時(shí)延
    2.5 混合網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步問題
        2.5.1 NCS中的驅(qū)動(dòng)與同步
        2.5.2 同步時(shí)鐘的精度要求
    2.6 本章小結(jié)
第三章 混合網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特征研究
    3.1 混合網(wǎng)絡(luò)的消息處理
        3.1.1 混合網(wǎng)絡(luò)的組成
        3.1.2 消息事務(wù)
        3.1.3 物理層幀的時(shí)間模型
        3.1.4 IS的中繼行為
    3.2 消息事務(wù)的時(shí)間參數(shù)
        3.2.1 空閑時(shí)間
        3.2.2 間隙時(shí)間
        3.2.3 消息事務(wù)的周轉(zhuǎn)時(shí)間
        3.2.4 消息事務(wù)的持續(xù)時(shí)間
    3.3 混合網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制
        3.3.1 隊(duì)列延遲導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞
        3.3.2 時(shí)間參數(shù)的修正
    3.4 混合網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換時(shí)間
        3.4.1 周期性數(shù)據(jù)交換時(shí)間
        3.4.2 非周期性數(shù)據(jù)交換時(shí)間
    3.5 本章小結(jié)
第四章 混合網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換時(shí)間性能研究
    4.1 CAN總線的技術(shù)特征
        4.1.1 CAN總線的協(xié)議體系
        4.1.2 CAN的接口規(guī)范
    4.2 IEEE 802.15.4協(xié)議的技術(shù)特征
        4.2.1 IEEE 802.15.4協(xié)議的體系
        4.2.2 IEEE 802.15.4的技術(shù)規(guī)范
    4.3 混合網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換服務(wù)時(shí)序
        4.3.1 周期性數(shù)據(jù)交換時(shí)序
        4.3.2 非周期數(shù)據(jù)交換時(shí)序
    4.4 數(shù)據(jù)交換的時(shí)間性能
        4.4.1 單主配置
        4.4.2 多主配置
    4.5 本章小結(jié)
第五章 混合網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步機(jī)制研究
    5.1 時(shí)間同步的含義
        5.1.1 時(shí)間同步
        5.1.2 絕對時(shí)間系統(tǒng)與相對時(shí)間系統(tǒng)
    5.2 NCS中的時(shí)鐘
        5.2.1 時(shí)鐘偏差
        5.2.2 時(shí)鐘不精確
    5.3 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP
    5.4 精確時(shí)間協(xié)議PTP
        5.4.1 PTP的時(shí)鐘模型
        5.4.2 PTP的工作原理
        5.4.3 PTP的同步過程
        5.4.4 PTP的時(shí)延處理機(jī)制
    5.5 時(shí)間同步協(xié)議棧設(shè)計(jì)
        5.5.1 混合網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步的層次模型
        5.5.2 時(shí)間戳的處理
        5.5.3 時(shí)間同步子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
        5.5.4 時(shí)間同步狀態(tài)機(jī)
        5.5.5 時(shí)間同步類
        5.5.6 IS的同步算法
    5.6 本章小結(jié)
第六章 混合網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換與時(shí)間同步設(shè)計(jì)實(shí)例
    6.1 橫機(jī)的集群控制
        6.1.1 橫機(jī)集群的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
        6.1.2 混合網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證環(huán)境
    6.2 橫機(jī)控制系統(tǒng)
        6.2.1 工藝流程
        6.2.2 機(jī)頭的驅(qū)動(dòng)方式
        6.2.3 技術(shù)指標(biāo)
        6.2.4 橫機(jī)現(xiàn)場控制器
    6.3 橫機(jī)NCS的數(shù)據(jù)交換
        6.3.1 數(shù)據(jù)交換流程
        6.3.2 數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
        6.3.3 數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)
    6.4 橫機(jī)NCS的時(shí)間同步
        6.4.1 時(shí)間同步流程
        6.4.2 時(shí)間同步數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
        6.4.3 時(shí)間同步數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)
    6.5 橫機(jī)集群的數(shù)據(jù)交換與時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 論文的研究總結(jié)與創(chuàng)新點(diǎn)
        7.1.1 研究總結(jié)
        7.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.2 論文研究內(nèi)容的前景展望
        7.2.1 研究前景
        7.2.2 后續(xù)研究工作
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄A：博士學(xué)習(xí)期間的學(xué)術(shù)論文與科研成果
附件

【參考文獻(xiàn)】

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9 曾鵬;于海斌;;工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIA標(biāo)準(zhǔn)體系與關(guān)鍵技術(shù)[J];自動(dòng)化博覽;2009年01期

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