【摘 要】
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工业化与信息化两化融合的背景下,OT网络和IT网络的融合不可避免地导致时间敏感性不同的数据流混合传输,这给工业网络数据传输及处理带来巨大挑战。因此,本文设计了基于模型控制的工业混合流调度机制,研究内容如下:（1）提出了一种基于整数线性规划（Integer Linear Programming,ILP）的多调度融合流控机制。该机制在融合了基于信用的整形算法、时间感知的整形算法和严格优先级策略后,建立
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工业化与信息化两化融合的背景下,OT网络和IT网络的融合不可避免地导致时间敏感性不同的数据流混合传输,这给工业网络数据传输及处理带来巨大挑战。因此,本文设计了基于模型控制的工业混合流调度机制,研究内容如下:（1）提出了一种基于整数线性规划（Integer Linear Programming,ILP）的多调度融合流控机制。该机制在融合了基于信用的整形算法、时间感知的整形算法和严格优先级策略后,建立了基于ILP的调度模型。该模型以数据帧最小端到端延时作为目标,在调度约束条件下,迭代得出流量调度表,实现多类型流量传输的调度。（2）提出了一个带有时间敏感属性的信息模型。通过扩充现有的OPC统一架构（OPC Unified Architecture,OPC UA）建模技术,在数字化车间的应用场景下对物理对象进行带有时间敏感属性的建模,形成一组模型化且可被管控的网络功能实体对象。该信息模型实现了从上层应用到下层被控对象的映射,实现全局性地控制数据传输。为测试基于模型控制的工业混合流调度机制,本文设计并实现了基于NS-3的关键扩展模块,结合扩展模块和OPC UA开源库open62541搭建了TSN-OPCUA仿真系统。测试结果表明:1)基于ILP的多调度融合流控机制相较于现有的先进先出和严格优先级调度策略,在保证优先级较高的TT流、AVB流低延时、低抖动传输的同时,能够使BE流得到尽力传输;2)面对不同流量分布特征的混合流传输,TT流平均时延满足率达到99%以上,AVB流平均时延满足率约为81%;3)针对现实场景下OPC UA客户端的灵活配置需求,TT流的延时和抖动可以保持稳定,同时AVB流数据帧延时被控制在毫秒级别。
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