基于TCP/IP的牵引供电SCADA系统通信网络性能及QoS仿真研究

摘要

随着网络通信技术的飞速发展，牵引供电SCADA系统通信网络已从传统的低速、模拟通信系统逐步发展到了数字系统，尤其是近年逐步向高速化、宽带化发展，基于TCP/IP协议的网络通信系统在牵引供电SCADA系统得到了广泛的应用。研究和分析此类通信网络的性能和网络服务质量问题成为该领域的研究热点。 论文首先介绍了网络QoS的定义和控制管理机制，并分析了QoS的端到端控制模型和控制协议，包括InterServ集成服务模型和DiffServ区分服务模型。论文介绍了基于TCP/IP的拥塞控制机制，并讨论了结合这两种拥塞控制机制的拥塞控制策略。 随后，论文采用目前网络研究领域应用最广泛的仿真平台NS2，深入研究了在基于TCP/IP协议的SCADA系统通信网络中的各种影响因素，如网络规模、传输带宽、数据发送周期、网络队列缓冲区等对诸如传输延迟、丢包率等SCADA网络性能参数的影响，并运用NS2仿真工具测试出了影响网络性能的相应的网络参数范围。 本文探讨了在网络负载不断增加的情况下，如何保障网络的QoS，并不能只局限于增加网络节点的缓冲区，这会增加网络的延迟。在研究了RED(Random Early Detection)算法后，将RED算法应用到SCADA通信网络中，在网络轻度拥塞状况下和使用Droptail算法的性能参数做比较，发现使用RED算法的网络性能明显好转；在研究了DiffServ区分服务后，将这种技术应用于SCADA网络中，构建了区分服务链路，通过仿真实验测试，其网络性能参数明显好于应用前，网络OoS得到保障。 论文基于TCP拥塞控制机制和IP拥塞控制相结合的方法，运用区分服务体系，构建了牵引供电SCADA通信网络的QoS体系结构，通过仿真测试，发现在拥塞状况下，网络性能明显好转，端到端延迟减小，丢包率降低。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要内容

第2章网络服务质量QoS体系结构

2.1 QoS的控制和管理机制

2.1.1 QoS的映射机制

2.1.2 QoS的接纳控制

2.1.3 QoS的管理机制

2.2 QoS端到端模型和控制协议

2.2.1 IntServ模型/RSVP协议

2.2.2 DiffServ区分服务体系结构

2.2.3两种QoS服务模型的比较

2.3本章小结

第3章TCP/IP拥塞控制机制

3.1拥塞控制概述

3.1.1拥塞现象定义

3.1.2拥塞控制概述

3.2 TCP拥塞控制策略

3.2.1 TCP拥塞控制机制

3.2.2 TCP拥塞控制算法

3.2基于IP的拥塞控制机制

3.2.1调度算法

3.2.2队列管理

3.2.3典型AQM算法

3.3本章小结

第4章基于TCP/IP的牵引供电SCADA系统通信网络性能仿真研究

4.1 NS2仿真平台

4.1.1 NS2网络模拟器的体系结构

4.1.2 NS2中面向对象语言

4.1.3 NS2工作机制

4.2 SCADA系统网络性能影响因素

4.2.1通讯协议性能测试

4.2.2 TCP与UDP的拥塞控制性能对比

4.2.3网络规模的影响实验

4.2.4数据源发送周期的影响实验

4.2.5路由器缓冲区的影响实验

4.3本章小结

第5章牵引供电SCADA系统通信网络优化仿真研究

5.1牵引供电SCADA通信网络TCP算法性能仿真实验

5.2路由器队列管理算法仿真实验

5.3牵引供电SCADA通信网络区分服务仿真实验

5.3.1 NS2中的DiffServ模型

5.3.2牵引供电SCADA通信网络区分服务仿真实验

5.4本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果