基于LON总线的时延分析与实验平台研究

摘要

不同的设备通过现场总线传输信息时，端对端的传输时延不可避免。由于系统功能对信息传输提出的要求不同，因此在系统设计时，首先需要定量分析信息在网络上传输的端对端时延，判断其是否满足实时性要求。而端对端时延受到网络负载、网络协议、网络传输速率和信息包的大小等诸多因素的影响，而呈现出固定、随机、有界或无界等特征，导致控制系统性能的下降，甚至不稳定。所以对时延的研究至关重要。 本文首先简单介绍了LON（局部操作网）总线及所采用的通信协议--LonTalk协议，对比了LonTalk协议与TCP/IP协议的异同，对其主要的服务性能指标与其它控制网络协议进行了比较，得出了分析结论；其次，重点研究了LonTalk协议中MAC层的带预测的P坚持CSMA算法，给出了一种用马尔可夫链分析其竞争冲突概率的方法，得出了一种面向MAC的LON总线时延模型，并进行了仿真论证；最后，对LON总线实验平台中的关键技术进行了研究，为了弥补实验设备的不足和对LON总线性能研究的需要，把重点放在仿真模块的开发上，并利用此模块，对时延对控制系统性能的影响进行了仿真研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2时延的研究现状

1.3 LON总线及实验平台的相关研究现状

1.4本文主要内容及组织结构

2 LON总线及其网络性能研究

2.1引言

2.2 LON现场总线

2.2.1 LonWorks技术

2.2.2 EIA-709.1标准

2.3LonTalk协议与TCP/IP协议比较

2.4 LonTalk协议MAC层访问机制研究

2.4.1 MAC层主要实现技术

2.4.2三种CSMA坚持退避算法比较

2.4.3可预测的P坚持的CSMA退避算法

2.4.4随机时隙的计算

2.5 LonTalk协议性能指标分析

2.5.1图表对比分析

2.5.2帧有效利用率

2.5.3分析结论

2.6本章小结

3面向MAC层的LON总线时延模型

3.1引言

3.2基本理论

3.2.1泊松分布

3.2.2马尔可夫链

3.3网络时延研究

3.3.1端对端时延计算模型

3.3.2时延特性分析

3.4数据流到达时间间隔的分布

3.5面向MAC的时延建模

3.5.1 P-坚持的CSMA模型

3.5.2可预测的P-坚持CSMA模型

3.5.3时延概率分布

3.5.4仿真与论证

3.6本章小结

4基于LON总线实验平台的总体结构

4.1引言

4.2实验平台的功能

4.2.1实验方案设计

4.2.2实验平台的构成

4.3硬件方案

4.4软件方案

4.5仿真模块设计

4.5.1仿真技术研究

4.5.2开发工具的选择

4.5.3模块的总体设计

4.6本章小结

5实验平台关键技术的研究

5.1引言

5.2节点设计与系统中的通信

5.2.1恒温器节点的设计

5.2.2现场网络的组建

5.2.3 LON网络与上位机通信的实现

5.2.4监控功能的研究

5.3仿真模块的实现

5.3.1算法的模型设计

5.3.2算法实现流程

5.3.3主要数据结构

5.4模块时延仿真应用研究

5.4.1时延仿真建模

5.4.2 MAC机制

5.4.3网络负载

5.5本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致 谢

参考文献