近年来,工业以太网技术有了长足的进步,在管理层、控制层和现场层之间实现纵向的一网到底成为一种趋势。对于现场级的工业应用来说,数据传输的响应时间和延迟必须有确定的上限,但是以太网采用带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)介质访问机制,具有本质上的不确定性。目前针对工业以太网实时性能的研究采用理论推导结合仿真分析的方法或是使用普通以太网设备做性能测试,不能完全反映工业现场的真实情况。针对目前工业以太网实时性能研究的不足之处,本文设计工业以太网测试平台的技术方案,使用西门子工业控制设备搭建PROFINET工业以太网测试平台,完成系统集成和安装调试工作,并分析了延迟、IO Cycle等实时性能指标的测试方法。本文分析了PROFIENT协议使用优化的实时通道和VLAN优先级标识的实时机制,在只有实时数据和实时数据混杂非实时数据传输两种情况下建立延迟时间的数学模型。进而设计了延迟和IO Cycle的测试方案,分别使用线形和树形两种拓扑结构,测试网络拓扑和非实时数据包的长度对延迟的影响,并对测试结果进行分析和比较。然后结合实际测试结果和理论计算探讨如何合理设置IO Cycle。根据实际的测试结果我们提出了工业以太网的组网原则,针对两级树形拓扑工业以太网,通过权重参数的设置同时考虑主干网总流量最小和子网负荷差异最小两个优化目标,建立最优子网划分问题的数学模型。进而改进了遗传算法的适应度函数和选择算子,应用遗传模拟退火算法求解最优的子网划分。仿真结果表明,优化后主干网的总流量减少了48%,各子网负荷分布均衡,减少了实时数据帧通过交换机转发的次数,可以有效改善网络的实时性能。