發(fā)布時(shí)間：2021-10-28 17:29

　　隨著工業(yè)4.0的發(fā)展,工業(yè)智能制造及自動化技術(shù)對智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化提出了更高的要求。當(dāng)前傳統(tǒng)的以太網(wǎng)主要針對互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì),無法滿足工業(yè)運(yùn)動控制領(lǐng)域的實(shí)時(shí)性需求。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN的出現(xiàn)有利于進(jìn)一步提高工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。此外,工業(yè)4.0要求工業(yè)現(xiàn)場使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)總線來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,然而市場上現(xiàn)存的多種基于以太網(wǎng)的通信協(xié)議均由不同的PLC供應(yīng)商推廣,它們之間無法直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。OPC統(tǒng)一架構(gòu)（OPC Unified Architecture,OPC UA）作為一種工業(yè)通信的數(shù)據(jù)交換規(guī)范,可以有效解決數(shù)據(jù)通信的訪問一致性和標(biāo)準(zhǔn)化問題。然而,OPCUA在工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)境中缺乏實(shí)時(shí)性保證,無法滿足工業(yè)通信高可靠、高實(shí)時(shí)需求的應(yīng)用場景。在充分研究了目前國內(nèi)外工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性研究的基礎(chǔ)上,本文研究了面向高實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的OPC UA與TSN協(xié)同設(shè)計(jì)方案,改進(jìn)了操作系統(tǒng)內(nèi)核的實(shí)時(shí)性,研究了基于TSN數(shù)據(jù)包收發(fā)實(shí)時(shí)性的TBS隊(duì)列機(jī)制,并基于TSN協(xié)同設(shè)計(jì)改進(jìn)了傳統(tǒng)OPC UA的發(fā)布訂閱模式使其具有實(shí)時(shí)性保證。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了OPC UATSN協(xié)同設(shè)計(jì)方案擁有較高的實(shí)時(shí)性,能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)... 

【文章來源】：浙江理工大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 論文背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 TSN實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 工業(yè)以太網(wǎng)中基于OPC UA的協(xié)同研究
    1.3 主要工作
    1.4 論文安排
第二章 OPC UA與TSN協(xié)同設(shè)計(jì)
    2.1 OPC UA TSN協(xié)同設(shè)計(jì)方案架構(gòu)
        2.1.1 OPC UA TSN實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
        2.1.2 OPC UA TSN系統(tǒng)架構(gòu)
    2.2 工業(yè)以太網(wǎng)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)化
    2.3 時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN
    2.4 OPC統(tǒng)一架構(gòu)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 TSN高實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)研究
    3.1 進(jìn)程實(shí)時(shí)調(diào)度
        3.1.1 普通調(diào)度策略
        3.1.2 優(yōu)先級線程處理
    3.2 內(nèi)核搶占與中斷
        3.2.1 內(nèi)核搶占
        3.2.2 線程處理中斷
    3.3 時(shí)鐘粒度
    3.4 虛擬內(nèi)存管理
    3.5 互斥訪問優(yōu)先級繼承
        3.5.1 spinlock自旋鎖
        3.5.2 優(yōu)先級繼承互斥量mutex
    3.6 虛擬化環(huán)境中任務(wù)實(shí)時(shí)性保證
    3.7 實(shí)驗(yàn)測試
    3.8 本章小結(jié)
第四章 基于時(shí)間調(diào)度的數(shù)據(jù)包收發(fā)實(shí)時(shí)性研究
    4.1 數(shù)據(jù)包收發(fā)實(shí)時(shí)性
    4.2 基于時(shí)間調(diào)度的TBS排列規(guī)則
    4.3 精確控制數(shù)據(jù)包傳輸
        4.3.1 設(shè)置定時(shí)器
        4.3.2 擴(kuò)展igb_setup_tc()
    4.4 時(shí)鐘同步
        4.4.1 門控制調(diào)度
        4.4.2 PTP時(shí)間同步精確協(xié)議
    4.5 實(shí)驗(yàn)測試
    4.6 本章小結(jié)
第五章 OPC UA發(fā)布訂閱機(jī)制實(shí)時(shí)性研究
    5.1 OPC UA發(fā)布訂閱傳輸機(jī)制
    5.2 OPC UA發(fā)布訂閱實(shí)時(shí)性改進(jìn)
    5.3 OPC UA TSN協(xié)同設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)性能實(shí)驗(yàn)測試
        5.3.1 往返時(shí)間RTT測試
        5.3.2 抖動性測試
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間的研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用[J]. 王碩.  電子技術(shù)與軟件工程. 2018(21)
[2]基于消息代理的OPC UA發(fā)布/訂閱模式研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 劉洋,劉明哲,徐皚冬,王鍇,韓曉佳,張凝,滕玉坤,江俊慧.  高技術(shù)通訊. 2018(06)
[3]基于OPC UA的數(shù)控機(jī)床制造數(shù)字化車間信息交互模型[J]. 王民,曹鵬軍,宋鎧鈺,朱葛龍,張維,趙欽志.  北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(07)
[4]時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 徐驍麟.  電信網(wǎng)技術(shù). 2018(05)
[5]OPC UA TSN:新工業(yè)數(shù)據(jù)通訊解決方案之研究[J]. Dietmar Bruckner.  智慧工廠. 2018(05)
[6]基于OPC UA的數(shù)字化車間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及OPC UA開發(fā)實(shí)現(xiàn)[J]. 劉丹,趙艷領(lǐng),謝素芬.  中國儀器儀表. 2017(10)
[7]通過Sercos和OPC UA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)一致的連接[J]. 王錫俊.  國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù). 2017(04)
[8]工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究[J]. 虞日躍,劉盈,劉丹.  自動化博覽. 2017(06)
[9]時(shí)間敏感空間信息網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 楊輝,白巍,張杰.  無線電通信技術(shù). 2017(03)
[10]實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng)中控制與通信的協(xié)同調(diào)度方法[J]. 劉寧,呂鯤.  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2017(07)

碩士論文
[1]基于IEEE 802.1AS的時(shí)間同步技術(shù)研究[D]. 魯航.湖南大學(xué) 2018
[2]Linux實(shí)時(shí)調(diào)度研究及改進(jìn)[D]. 吳振亞.西安電子科技大學(xué) 2014
[3]基于IEEE1588協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)鐘技術(shù)的研究[D]. 張城.浙江大學(xué) 2013
[4]嵌入式以太網(wǎng)精確時(shí)鐘同步技術(shù)的應(yīng)用研究[D]. 周峰.天津大學(xué) 2012
[5]基于嵌入式Linux的調(diào)度實(shí)時(shí)化的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 程勇明.電子科技大學(xué) 2012
[6]嵌入式Linux操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 舒志文.華中科技大學(xué) 2007



本文編號：3463091