工业以太网实时性能评价的分析

摘  要：首先说明了工业以太网实时性能评价没有统一的标准，通过对比用于过程控制和运动控制领域的工业以太网实时要求及特点来具体反映不同工业以太网在实时性能评价方面的异同。

1 工业以太网实时性能评价没有统一的标准

根据文献[1]，某种报文的实时性得到满足是指其报文响应时间小于规定的时限，某个节点的实时性合乎要求是指该节点发出的所有报文在指定的时限内都能获得响应。整个控制网络的实时性符合要求是指分布在网络上每一个节点的每一种报文的实时性均得到保证。整个网络的实时性必须满足下列三个时间约束条件:

1）每个节点获得通信权的时间必须有上限值限制。若超过此值，无论本次通信任务是否完成，均应立即释放通信权。这一时间约束条件可以防止某一节点长时间占用总线而导致其它各节点实时性恶化。

2）应当保证在某一固定的时间周期内，网络上的每一个节点都有机会取得通信权，以防个别节点因长时间得不到通信权而使其实时性太差甚至丧失实时性。只要有一个节点出现这种情况，整个网络的实时性得不到保证。这一固定时间周期的长短是控制网络实时性好坏的一个衡量标准。

3）对于紧急任务，当其实时性要求临时变得很高时，应当给以优先服务。对于实时性要求比较高的节点，也应当使它取得通信权的机会比其它节点多一些。因此采用静态（固定）的方式赋予某些节点较高的优先权，采用动态（临时）的方式赋予某些通信任务以比较高的优先权，则将使紧急任务及重要节点的实时性得到满足。

如果简单的用这三条时间约束条件去衡量目前控制网络中常用的访问控制方式，会发现有些存取控制方法一条约束条件也不满足，如Lonwork现场总线的CSMA/CD方式。而按照这一原则，似乎只有令牌协议能够满足实际要求。但是在实际系统应用中，其他的访问控制方式一样在实时性极强的系统中采用，如波音公司制定的Swiftnet协议在航空和航天领域广泛使用，基于CSMA/CA的CAN总线协议是高级轿车内部控制电路的标准协议规范。造成这种既成事实的原因很多，一方面随着网络技术的进步，各种协议都在努力改进协议性能，采用各种方法提高实时性。另一方面，通过调整网络配置和负载，进行整体优化，达到实时性要求。

因此目前不会出现具体通用的工业以太网实时服务判定标准，需要针对实际应用和出现的新技术进行实时性能评价。

2 不同工业以太网实时性能评价的异同

工业以太网可以分为两大类：用于过程控制领域的工业以太网例如HSE以及用于离散控制领域的工业以太网例如EPL。以下通过对比用于过程控制和运动控制领域的工业以太网实时要求及特点来具体反映两者在实时性能评价方面的异同。

两者的共同之处：网络响应时间具有统一的模型，网络中的延迟都是其中重要组成部分。整个工业以太网系统的实时性能是由网络响应时间反映的，影响网络响应时间的因素主要来自三个部分:本地系统，即源节点的处理;工业以太网网络，即传输部分;目的节点系统，即目的节点的处理。